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등방성 헤테로구조 구성물질의 유전특성 해석을 위한 유한요소 모델링 방법

전문가 제언: ○ 유전율(permittivity)은 그 물질이 전자기장에 대하여 어떻게 반응하는가를 알려주는 척도이다. 그런데 전기장의 주파수가 높아지면 분자들의 분극현상이 외부전기장에 따라 빠르게 반응하지 못하므로 전기장과 분극과는 위상차가 생겨 유전율은 와 같이 복소 함수로 표시된다. 그러므로 복소유전율 측정은 물질구조에 반응하는 전자기장의 주파수()와 반응시간()에 대한 중요한 정보를 제공해 준다.

○ 변위전류벡터 와 전장벡터 의 위상차에 의한 유전성완화(dielectric relaxation)측정을 위하여 Debye모델을 3상 코어셀(3 phase core-shell)헤테로구조에 적용하여 각 상에 따른 파라미터의 영향을 GHz 주파수 대역에서 계산하여 분석하였다. 계산 시뮬레이션은 COMSOL Multiphysics를 이용한 유한요소(FE)법을 적용했으며, 한편으로 Kramers-König 관계식(KK)으로도 계산하여 계산의 정확성을 높였다.

○ 실제적인 복소유전율 계산은 피복 막(제2상)의 전도도 , 표면비값 , 규격화한 크기 t 값을 변화해 가면서 와 값을 계산하여 주파수의 log값으로 정리하였다. 이들 모두의 단순 피크는 Debye 모델과 잘 일치하고 2중 피크는 Debye 모델의 중첩으로 계산한 결과 0.1% 오차범위에서 잘 일치하였다. 이는 효과적인 파라메타들에 대한 높은 주파수대역의 전기장의 거동을 확실히 이해할 수 있는 모델임을 확인해 주었다. 다만 이 모델을 적용한 실제적인 실험 자료가 아직 제시되어 있지 않아 이 모델을 바로 적용하는데 에는 준비과정이 필요 할 것이다.

○ 시뮬레이션은 유전매질 속에서 전자기파의 거동을 정확히 이해하는데 좋은 도구로 활용될 수 있으며, 생물학, 지구물리학, 지질학, 환경과학 연구 등에도 폭넓게 활용될 수 있을 것이다. 앞으로, 인간과 비슷한 스케일의 기관과 조직을 갖는 생물체의 반응연구에 전자기학이 중요한 수단이 될 것으로 기대된다.

저자: Fourn, C; Lasquellec, S; Brosseau, C; AF Fourn, Cedric; Lasquellec, Sophie; Brosseau, Christian
자료유형: 학술정보