Theoretical studies of physical processes and phenomena in the zone of physical interaction of nanoinstruments with the surfaces of elements of microsystem technology are carried out in work. Based on the conducted research, mathematical models of energy heat exchange in the zone of physical contact of nanometric dimensions were compiled, and their analytical solution was obtained using the Fourier method of separation of variables and Goodman’s integral method. Simultaneously, the energy components of the processes in the nanocontact zone were considered. The numerical solution of the mathematical model of energy heat exchange in the zone of physical nanocontact was carried out using a software application based on the finite element method. The results were checked according to the equivalent thermal scheme to confirm the adequacy and accuracy of the obtained models. As a result, the mechanisms of energetic interaction of the nanoinstrument with the surfaces of the elements of microsystem technology devices were clarified. It is shown that the use of the proposed method of equivalent thermal circuits for the evaluation of mathematical models of the energy interaction of nanoinstruments with the surfaces of microsystem technology device elements, as well as the further study of the distribution of thermal fields in the nanocontact zone, differs from other numerical and analytical methods in terms of sufficient accuracy and speed of calculations. At the same time, it was established that the discrepancy between the results of mathematical modeling and the results obtained according to the equivalent thermal scheme does not exceed 5-8 %.

The article presents the results of an experimental study of the influence of temperature, relative humidity of the surrounding environment, as well as the coefficient of electromechanical action on the process of determining ultra-low power electric fields. The analysis of the obtained results made it possible to establish the most rational conditions for determining the force (electrical tension) and energy (distribution of surface charge and electric capacity) parameters of such fields with higher accuracy and reliability. The paper proposes an experimental experiment to establish the accuracy and reliability of power and energy parameters for determining electric fields under conditions of changes in climatic factors and the electromechanical coefficient, the implementation of which took place on a measuring stand developed with the participation of the authors. The main element of such a measuring stand is an automatic device for determining, collecting and processing information on the distribution of power and energy parameters of the electric field under the sensitive element of the measuring transducer. The results obtained as a result of the experimental research made it possible to establish that the coefficient of electromechanical influence has a decisive influence on the accuracy of measuring electric fields of ultra-low power. It is shown that an increase in the coefficient of electromechanical influence from 38 pN/V (silicon <111>) to 190 pN/V (PZT-8 piezoelectric ceramics) leads to an increase in the relative error of electric field determination by 4.7%. It was established that reducing the temperature to 20 °C while maintaining the relative humidity from 38 % to 74 % leads to a decrease in the relative error by 1.5-2.2 %. At the same time, a decrease in temperature with a simultaneous decrease in relative humidity leads to an increase in the reliability of the determination of electric fields (so, the probability of error-free measurement of power and energy parameters of electric fields increases by 18 %). A comparison of the results obtained by the proposed method with the results obtained by atomic force microscopy method (in the mode of measuring the leakage currents from the working areas of the investigated surfaces) was carried out, which showed a strong positive correlation between these results, which confirms the objectivity of the proposed method and the adequacy of the obtained results. The conclusions and analyzed data obtained in the article based on the results of experimental studies can be used to create a system of automatic error correction and instability determination of power and energy parameters of ultra-low power electric fields, taking into account limiting external influences.

Одним із найважливіших питань, що виникають при управлінні сучасною інфраструктурою, є необхідність вчасної та ефективної діагностики стану її компонентів. Недостатній рівень діагностики може призвести до необхідності дорогих ремонтних робіт або аварійних чи навіть небезпечних ситуацій. Для забезпечення достатньої якості такої діагностики необхідно розроблювати і впроваджувати високоточні та надійні ультразвукові перетворювачі. Дискові п’єзоелектричні пристрої широко використовуються в елементах інформаційних систем. Багатоманітність і різноманітність практичних застосувань дискових перетворювачів закономірно стимулюють теоретичні дослідження, метою яких є прогнозування характеристик і технічних параметрів створених на їх основі п’єзоелектронних пристроїв. Прогноз базується на математичній моделі, яка є основним результатом теоретичного опису реального пристрою. Метою дослідження є розробка сервісу для визначення параметрів і характеристик тонкого п’єзоелектричного диска, що коливається радіально. Наукова новизна роботи полягає в розробці програмного сервісу на мові програмування MATLAB для визначення параметрів і характеристик тонкого п’єзоелектричного диска, що коливається радіально, що дозволяє з високою точністю та адекватністю визначати частотну залежність модуля електричного імпедансу, що дозволяє визначати частоти електромеханічного резонансу та антирезонансу тонкого п’єзоелектричного диска. Практичне значення можливостей розробленої моделі, а також програмного засобу для її реалізації полягає в експериментально підтверджених результатах розрахунку основних параметрів п’єзоелектричного дискового перетворювача, які підтверджують високу точність і ефективність такого моделювання, для можливості інтеграції в інформаційно-вимірювальні системи.