1,2,3번째 세미나 내용

220921 세미나 내용 구성

• EMI shielding에 대한 전반적 내용(왜 하게 되었는지, 간단한 원리)
  EMI shielding 분야에서 composite의 중요성
  어떻게 접근할 것인지? ⇒ lightweight high SE + additional functions 갖춘 composite( CFRP를 고려하고 있음)에 대한 idea 구축과 실험적 접근+시뮬레이션 보완
  material의 전자기적 성질에 대한 공부와 함께 시뮬레이션 연습(electromagnetic wave에 대한 material의 전자기적 성질 simulation, 이론적 공부, 배경 조사)
  추가적으로 추후에 mechanical behavior와 전자기적 성질, 전자기파에 대한 반응을 multiphysics로 연결지어 생각해보려 함

• Simulation의 필요성(간략한 언급과 조사, 현재 simulation쪽 선행연구, 선행연구에서는 어떻게 활용하고 있는지, 내 연구에서는 어떻게 활용할 수 있을지, simulation을 통해 얻을 수 있는 정보들⇒ paper review식으로 넣어보자)
  시뮬레이션을 활용한 논문들 조사 결과 크게 2가지 방향성 - effective media, optimized RVE ⇒ 이 중에서 RVE쪽에 대한 공부를 먼저 진행. 난이도에 대한 부분도 있지만, 구조 변화에 따른 영향을 더 효과적으로 볼 수 있을 것.
  RVE simulation에서 중요한 부분 ⇒ 어떻게 RVE를 잡고, boundary condition을 줄 것인가.
  우선은 당분간 구조에 대한 제한 없이, 다양한 방식으로 RVE를 잡고, 시뮬레이션 하는 부분에 대해 논문 조사 + 공부하려 함.(1학기, microstructure level EMI shielding simulation) ex) CF+filler, MOF, layered structure, foamed structure, segregated structure, 새 composite에 대한 물성 평가를 할 수 있는 능력을 목표로, 최대한 많은 method에 대한 simualtion.

• 전자기적 성질쪽 지배방정식 ⇒ 공부 더 필요할 것 같음 일단 이번 시뮬레이션에서 사용한 지배방정식에 대한 의미부터, 이 부분은 넣을지 말지 생각해보자.

• Abaqus와 COMSOL

• 선행 연구에서 시뮬레이션 할 때 boundary condition을 어떻게 주었는지

• manual simulation에서 분석한 내용들 (boundary condition과 technique)

• COMSOL practice 토대로 직접 EMI shielding simulation
  Geometry, material, boundary condition, equation 등 내용
  물질 내 전기파의 전파 방식 (TEM, TE, TM)⇒ waveguide에 따른 방식의 결정
  왜 perfect conductive boundary 를 사용하는지, frequency band 설정 배경,
  simulation 결과에 대한 검증도 가능하다면 좋지만 일단은 결과에 대한 의미 분석부터
  mode에 대한 내용 설명하려면 공부하고 정리해야 할듯(필요하긴 한가?)

• Further works(heterogeneous material에서의 EMI shielding, 앞으로 공부할 내용 우선순위- COMSOL RF module practicing, FEM, dominating equation, pbc)

---

waveguide에 대해선 boundary condition 어떻게 줘야 하는지 찾았는데, emi shielding에 대해서는 어떻게 줘야 하는지 알아봐야 할 것 같음.
periodic boundary condition과 관련해 Floquet periodicity가 있음. comsol쪽 boundary condition에 사용 가능할 것으로 보이는 BC가 continuity, antiperiodicity, Floquet periodicity 3가지가 있음. 각각 어느 경우를 말하는지 익혀둬야 할 것 같음. (일단 PBC 에 대한 내용은 다음 세미나 내용으로 넣고 왜 PBC가 필요한지 생각), 관련 practice가 comsol 내장되어 있으니 해보면 될 것 같음.
model output port쪽에 scattering boundary condition을 주는 경우가 많은 것 같은데(이것도 확인 필요) 있는 경우와 없는 경우 차이를 알아보고 싶음.
장준혁 박사 세미나 자료 보면 실험 장비가 있는 것 같은데 확인해볼 것.

할 일
전자기학 내용 공부하고 정리
COMSOL practice 해보고 분석 정리

comments
현재까지 simulation에서 interface를 고려한 경우를 크게 찾아볼 수 없음
interface를 고려한 경우 그렇지 않은 경우에 비해 차이가 있는가, ⇒ 여러 structure에 대해 interface guideline 마련 가능
재혁이형이 이미 이를 고려한 homogenization을 준비하고 있으므로 내가 이 부분과 관련해 interface를 고려한 RVE 단위에서의 시뮬레이션을 했으면 좋겠음
interface ⇒ 단순히 하나의 property를 갖지 않고, 거리에 따라 property에 차이가 있을 가능성

comment 부분 ppt에 넣을 것

221102 세미나 준비

_문헌 조사로 interface를 고려한 경우가 있는지, 필요한건지 확인
electromagnetic
_shield* / electromagnetic* interf* shield* / electromagnetic* absor*
interfac*
simulat*
3가지로

• EMI shielding에서 interface의 영향 이론적 내용
• impedance 차이에 의한 반사
• EMI shielding simulation의 경우 어느 정도까지 고려한 시뮬레이션인지?
• Helmholtz equation 확인 필요
• interface를 고려한다면? interface에서 차이가 발생할 수 있는 property는 뭐가 있을지

1. 실제로 interface쪽 물성 차이로 인한 EM 반응성 차이 , polarization 차이,
2. CFRP의 경우 percolation theory? ⇒ 방향성에서 차이가 있을지도
3. bulk와 surface의 conductivity 차이
4. permeability 값 차이
   plasmon?

전자기파 진행 혹은 전류에 들어가는 parameter값과, 그 값이 interface쪽에서 차이가 날 수 있는지 확인 필요할 듯

• 이미 composite 이 아닌 EMI shielding theoretical equation의 경우 air와 material간의 interface를 고려한 식 (interface를 고려한 식이 따로 있는지는 확인 필요)
  만약 CFRP같은 composite에서 차이가 발생한다면 air와 resin에서의 차이 때문이지 않을까?
  ⇒ resin의 polarization이 filler의 polarization에 영향을 준다면? 이 부분이 이미 고려된 시뮬레이션인가
  ⇒ air 대신 polymer로 바꿔서 한번 테스트, cutoff frequency바뀌는지도 체크

• interface를 고려한 것과 그렇지 않은 것을 simulation을 통한 비교?

• interface를 고려한 model을 어떻게 만들지

• CFRP의 실제 CF-Polymer interface를 분자 단위에서 본다면?—MD 필요할거 같은데 스케일 고려하면 큰 의미 없어보임

• percolation theory
  -conductive network 구성할 수 있는 fiber volume fraction에 대한 percolation threshold가 존재
  여기에서의 interphase 역할을 좀 더 살펴보자.

• electromagnetics에서는 파장 대비 resolution 개념이 있었던 것으로 기억(effective media theory쪽에서 봤던 것 같음.) ⇒ CFRP 혹은 interface property scale은 영향이 없을 것 같음
  ⇒ electric쪽으로 접근하는 것이 맞을 것으로 판단.

공부 필요한 부분
-Helmholtz equation meaning
-interphase의 정의에 대해 정리
-filler와 matrix 사이 void의 영향에 대한 부분 조사
-filler와 matrix 사이 contact resistance

조사 내용

• interface의 효과는 microstructure의 scale이 작을수록 더 유효한 것 같음(CF보단 CNT, CNT의 경우 polymer molecule과 비슷한 스케일로 percolation, plasmon고려) ⇒ interphase와 filler의 ratio 차이 때문일듯

• CNT의 경우 표면에서의 전자 밀도가 더 크다 ⇒ 그렇다면 interface에서의 차이를 반영한 결과를 만들수 있을지도 ⇒ 그럼 CNT를 RVE 단위에서 시뮬레이션한 선례에서는 어떻게 했는지?⇒ percolation theory가 잘 정립되어 있어서 이를 많이 사용하는 것 같음 +MC simulation(반복된 무작위 추출을 이용해 갑ㄱ을 수리적으로 근사) — 좀 더 조사
  The presence of insulating magnetic γ-Fe2O3 in the conducting matrix results in the formation of more interfaces and a heterogeneous system due to some space charge accumulating at the interface that contributes to the higher microwave absorption in the composite sheets

• doping으로 인한 interface에서의 효과 — semiconductor의 경우에는 접합에 따라 conductivity가 차이남. graphene 등의 adhesive doping이 가능하다는 점을 생각해보면 contact으로 인한 물성 차이가 발생할 수 있을지도?
  ⇒ surface charge를 줄 수 있는 adhesive여야 가능할 것 같은데 polymer로는 무리
  ⇒ doping이 이루어진 경우라면 이를 고려한 시뮬레이션을 해볼 수도 있겠음(
  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202104256, doped carbon fiber)

• 꼭 CFRP에 집중할 필요 없을 것 같음. composite 전반적 확장

• metal과 vacuum 계면에는 수 nm 단위에서, dipole 형성(http://kocw.xcache.kinxcdn.com/KOCW/document/2010/kaist/parkjeongyoung0703/15.pdf)

• -------------내용 구성(part1)-------------
  1.previous works + comments
  2.interphase 소개
  3.interphase-electromagnetic ⇒ impedance matching for reflection / absorption in interphase region에서 파장과 scale 비교한 내용? 일반적으로 EMI shielding에서 고려하는 GHz 단위의 경우 파장이 수십-수백mm 단위 ⇒ 직접적으로 고려할 대상이 아님

• polarization의 관점에서 생각해보면, dipole moment at interface로 인해 달라질 수 있지 않을까?
  4.interphase-electric(SCFRP)
  -percolation theory + CFRP image searching
  5.정리 및 결론

• -------------research idea-----------------
  RVE 단위에서, Short carbon fiber의 분산과 conductive network 구성, shield effectiveness 최적화 시뮬레이션
  혹은 continuous carbon fiber/woven 의 경우 디자인

RSC Advances 2018 8(49) 28048-28085.

---

221221 세미나 준비

Interface 고려한 시뮬레이션 준비

prime objective
interphase를 고려한 시뮬레이션이 더 정확한 RVE를 잡을 수 있다는 점을 증명
interphase를 고려한 simulation을 통해, 새로운/기존의 EMI shielding composite의 mechanism을 보이거나, 더 효과적인 구조를 갖는 구조를 고안, 기존의 EMI shieling composite을 더 잘 묘사할 수 있는 simulation model의 제작 / 일단 교수님은 3번을 보고 계신 것 같음.
interface를 고려했을 때 달라질만한 구조? ⇒interface가 많고, interface의 상태가 많은 영향을 주는 경우(barrier 형성과 rough surface)

system 선정 : CFRP, particle, multilayered 등.
⇒ 일단 간단한 layered structure에서 테스트

• carbon filler를 주로 고려, layer의 경우 graphene이나 graphite felt를 생각해볼 것. graphite felt는 이미 homogenized된 물성을 입력해야 하고, graphene의 경우 이방성을 보이는데 이거 어떻게 생각할지 고민.
• nanoscale filler 정도여야 interface 면적이 늘어나 유의미한 결과를 보일 수 있는데 이걸 한번에 RVE 잡는건 큰 의미가 없을 것 같음
  ⇒ 결국 작은 차이가 많이 모여서 유의미한 결과를 보이므로 interface의 면적 대비 shift를 보고 어느 정도까지 차이를 보여야 유의미하다고 판단할 수 있을지 계산해봐야 할듯

interphase층에서 고려할 점
-surface roughness
-conductivity (contact barrier)
-dielectric permittivity
우선 한번에 고려하는 것 보다 property별로 별도로 생각해보자. 그래도 되나? 서로 독립적이어야 할 것 같은데. 우선 mechanism의 경우 carbon based filler를 기준으로.
이걸 하나씩 고려하는거보다 우선 shift가 일어난다고 가정하고 fitting하는 방식이 맞을거 같기도 함.

layered structure에서는 material potential 고려한 conductivity와 dielectric permittivity를 설정
⇒ 각 interphase가 어느 정도 scale에서 나타나는지를 조사,

conductivity의 경우 Fermi level을 조사
dielectric permittivity의 경우 Composites Sci. Technol. 162 (2018) 146-155. 참고, 선행논문에서 어떻게 shift가 이루어졌는지에 대한 mechanism 조사 필요. shift 정도는 직접적인 측정이 불가능하다고 했으므로 대략적인 값을 찾아야 할지도 모르겠음.
⇒ machine learning 사용도 고려해보자

위의 단계에서는 고려가 필요하다고 생각한 interphase부분을 추가로 한 시뮬레이션과 그렇지 않은 경우의 시뮬레이션을 비교

유의미하다고 판단되면 실제 데이터를 비교하는 내용을 추가하면 될듯.

순서

1. system model제작

• geometry와 material
• 우선 layer를 해본 뒤에 다른 구조에 대한 적용

1. interphase 물성 파악

• scale과 value에 대한 자료조사 필요, 각 요인이 어느정도 영향을 줄 수 있는지에 대한 평가

flow
interphase 영향 살펴봤던 저번 논문 참고해서 RVE에서 어느 정도로 달라져야 할지 approximate
permittivity shift 논문 읽어보고 interphase 물성 파악

우선 규칙적인 array를 활용한 RVE를 잡은 뒤에 interphase 두께 넣고, 있을 때와 없을 때 차이를 비교한 다음 위에서 approximate한 값을 바탕으로 유의미한지 가늠