Дослідження температури плавлення полімерних нанокомпозитів з використанням нечітко-логічного підходу штучного інтелекту
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe71.9.745Ключові слова:
полiмолочна кислота, полiмернi нанокомпозити, вуглецевi нанотрубки, температура плавлення, штучний iнтелект, моделi нечiткої логiки, прогнозування властивостейАнотація
У роботi запропоновано нечiтко-логiчний пiдхiд iз застосуванням штучного iнтелекту для прогнозування температури плавлення полiмерних нанокомпозитiв на основi полiмолочної кислоти й вуглецевих нанотрубок (ВНТ). Розроблено модель нечiткого висновку типу Мамданi, в якiй ступiнь кристалiчностi, концентрацiю та дiаметр ВНТ використано як входовi параметри. Побудована модель дала змогу вiдтворити нелiнiйний характер взаємозв’язку мiж структурними параметрами й термiчними властивостями нанокомпозитiв i продемонструвала хорошу узгодженiсть з експериментальними калориметричними даними. Отриманi поверхнi вiдгуку виявили iснування оптимального дiапазону концентрацiй ВНТ, в якому реалiзується їхнiй максимальний нуклеацiйний ефект. Прогностична здатнiсть моделi пiдтверджується значенням скоригованого коефiцiєнта детермiнацiї R2 = 0,86, що свiдчить про перспективнiсть застосування нечiткої логiки для моделювання полiмерних нанокомпозитних систем.
Посилання
1. M. Mubasshira, M.M. Rahman, M.N. Uddin, M. Rhaman, S. Roy, M.S. Sarker. Next-generation smart carbon-polymer nanocomposites: Advances in sensing and actuation technologies. Processes 13 (9), 2991 (2025).
https://doi.org/10.3390/pr13092991
2. E.A. Lysenkov, I. Melnyk, L. Bulavin, V. Klepko, N. Lebovka. Structure of polyglycols doped by nanoparticles with anisotropic shape. In: Physics of Liquid Matter: Modern Problems. Edited by L. Bulavin, N. Lebovka. Phys. Liq. Matter: Modern Problems. Springer Proceedings in Phys. 171, Springer, 69 (2015).
https://doi.org/10.1007/978-3-319-20875-6_7
3. Y.-J. Yim, Y.-H. Yoon, S.-H. Kim, J.-H. Lee, D.-C. Chung, B.-J. Kim. Carbon nanotube/polymer composites for functional applications. Polymers 17 (1), 119 (2025).
https://doi.org/10.3390/polym17010119
4. B.M. Campos, J.-B. Jouenne, S. Begrem, P. Jouannot-Chesney, R. Mosrati, J. Br'eard. Bio-based and biodegradable polymers for composites: Sustainability, challenges, and future perspectives. J. Environmental Chem. Engin. 13 (6), 119306 (2025).
https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.119306
5. M.S. Islam, G.M.F. Elahee, Y. Fang, X. Yu, R.C. Advincula, C. Cao. Polylactic acid (PLA)-based multifunctional and biodegradable nanocomposites and their applications. Composites Part B: Engin. 112842, (2025).
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.112842
6. E.A. Lysenkov, I.P. Lysenkova. Microstructure and features of thermal behavior of polymer composites based on polylactic acid and carbon nanotubes. Composit. Theor. Pract. 2025 (2), 123 (2025).
https://doi.org/10.62753/ctp.2025.03.2.2
7. I.M. Kastiawan et al. Effect of melt temperature and holding time on mechanical properties of polypropylene composites bottom ash reinforced. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 988, 012117 (2020).
https://doi.org/10.1088/1757-899X/988/1/012117
8. A. Gaspar-Cunha, J. Covas, J. Sikora. Optimization of polymer processing: ArReview (Part II-molding technologies). Materials 15 (3), 1138 (2022).
https://doi.org/10.3390/ma15031138
9. E.A. Lysenkov, V.L. Demchenko, M.M. Lazarenko. Structure-properties relationship in polymer nanocomposites based on polylactic acid and carbon nanotubes. Funct. Mater. 32 (3), 397 (2025).
https://doi.org/10.15407/fm32.03.397
10. B.M. Bharti, N. Sinha. Mechanical and thermal characterization of additively manufactured CNT/PLA nanocomposites. In: 2023 IEEE 23rd International Conference on Nanotechnology (NANO), Jeju City, Republic of Korea (2023), p. 833.
https://doi.org/10.1109/NANO58406.2023.10231209
11. E.A. Lysenkov, O.V. Striutskyi, V.L. Demchenko, M.M. Lazarenko. The effect of ultra-low concentrations of aramid nanofibers on the structural and thermal characteristics of polylactic acid-based nanocomposites. J. Composite Mater., 00219983251399800 (2025).
https://doi.org/10.1177/00219983251399800
12. K.P. Logakannan et al. A review of artificial intelligence (AI)-based applications to nanocomposites. Composites Part A: Appl. Sci. Manufact. 197, 109027 (2025).
https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2025.109027
13. T. Long, Q. Pang, Y. Deng, X. Pang, Y. Zhang, R. Yang, C. Zhou. Recent progress of artificial intelligence application in polymer materials. Polymers 17 (12), 1667 (2025).
https://doi.org/10.3390/polym17121667
14. Z. Shahroodi et al. Data-driven prediction of mechanical properties in recycled fibre-reinforced polymer composites: Integrating machine learning with material-processing feature importance analysis. J. Mater. Res. Techn. 41, 687 (2026).
https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.12.062
15. M. Karuppusamy, R. Thirumalaisamy, S. Palanisamy, S. Nagamalai, E.E.S. Massoud, N. Ayrilmis. A review of machine learning applications in polymer composites: advancements, challenges, and future prospects. J. Mater. Chem. A 13, 16290 (2025).
https://doi.org/10.1039/D5TA00982K
16. V.G. Kamble. A multiscale review of magnetic permeability in polymer composites: Theory, simulation, and machine learning frontiers. Next Mater. 10, 101450 (2026).
https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2025.101450
17. M.A. Ouali et al. Lattice constant prediction of ABX3 and A2BBX6 perovskites using autoregressive type 3 fuzzy model optimized by extended Kalman filter. Comput. Mater. Sci. 262, 114397 (2026).
https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2025.114397
18. S. Solanki et al. Accurate data prediction by fuzzy inference model for adsorption of hazardous azo dyes by novel algal doped magnetic chitosan bionanocomposite. Environm. Res. 214 (Part 2), 113844 (2022).
https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.113844
19. O.V. Kozlov. Information technology for designing rule bases of fuzzy systems using ant colony optimization. Intern. J. Comput. 20 (4), 471 (2021).
https://doi.org/10.47839/ijc.20.4.2434
20. O.V. Kozlov, Y.P. Kondratenko, O.S. Skakodub. Information technology for parametric optimization of fuzzy systems based on hybrid grey wolf algorithms. SN Computer Sci. 3 (6), 463 (2022).
https://doi.org/10.1007/s42979-022-01333-4
21. O. Skakodub, O. Kozlov, Y. Kondratenko. Optimization of linguistic terms' shapes and parameters: fuzzy control system of a quadrotor drone. In: 11th IEEE International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (2021), p. 566.
https://doi.org/10.1109/IDAACS53288.2021.9660926
22. K. Pujaru et al. A Mamdani fuzzy inference system with trapezoidal membership functions for investigating fishery production. Decis. Analyt. J. 11, 100481 (2024).
https://doi.org/10.1016/j.dajour.2024.100481
23. T. Ceregatti, P. Pecharki, W.M. Pachekoski, D. Becker, C. Dalmolin. Electrical and thermal properties of PLA/CNT composite films. Mat'eria (Rio J.) 22 (3), (2017).
https://doi.org/10.1590/s1517-707620170003.0197
24. C.M. Cobos, L. Garz'oin, J. L'opez Martinez, O. Fenollar, S. Ferrandiz. Study of thermal and rheological properties of PLA loaded with carbon and halloysite nanotubes for additive manufacturing. Rapid Prototyp. J. 25 (4), 738 (2019).
https://doi.org/10.1108/RPJ-11-2018-0289
25. F.U. da Silva, C.B.B. Luna, F.S. da Silva, J.V.M. Barreto, D.P. Schmitz, B.G. Soares, R.M.R. Wellen, E.M. Ara'ujo. Exploring the effect of annealing on PLA/carbon nanotube nanocomposites: In search of efficient PLA/MWCNT nanocomposites for electromagnetic shielding. Polymers 17, 246 (2025).
https://doi.org/10.3390/polym17020246
26. L. Yang, S. Li, X. Zhou, J. Liu, Y. Li, M. Yang, Q. Yuan, W. Zhang. Effects of carbon nanotube on the thermal, mechanical, and electrical properties of PLA/CNT printed parts in the FDM process. Synthetic Metals 253, 122 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2019.05.008
27. L. Pan, Q. Lv, N. Xu. Properties and mechanism of antistatic biodegradable polylactic acid/multi-walled carbon nanotube composites. J. Eng. Fibers Fabrics 15, 1 (2020).
https://doi.org/10.1177/1558925020968813
28. T. Vu, P. Nikaeen, W. Chirdon, A. Khattab, D. Depan. Improved weathering performance of poly(lactic acid) through carbon nanotubes addition: Thermal, microstructural, and nanomechanical analyses. Biomimetics 5 (4), 61 (2020).
https://doi.org/10.3390/biomimetics5040061
29. S.H. Park, S.G. Lee, S.H. Kim. Isothermal crystallization behavior and mechanical properties of polylactide/carbon nanotube nanocomposites. Composites Part A: Appl. Sci. Manufacturing 46, 11 (2013).
https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2012.10.011
30. J. Chen, B. Liu, X. Gao, D. Xu. A review of the interfacial characteristics of polymer nanocomposites containing carbon nanotubes. RSC Advances 8, 28048 (2018).
https://doi.org/10.1039/C8RA04205E
31. S. Barrau, C. Vanmansart, M. Moreau, A. Addad, G. Stoclet, J.-M. Lefebvre, R. Seguela. Crystallization behavior of carbon nanotube - polylactide nanocomposites. Macromolecules 44 (16), 6496 (2011).
https://doi.org/10.1021/ma200842n
32. F. De Santis, R. Pantani, G. Titomanlio. Nucleation and crystallization kinetics of poly(lactic acid). Thermochim. Acta 522 (1-2), 128 (2011).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
