PowerPoint를 이용한 꽃잎 구조물 모델링 및 시뮬레이션

imageimport
simulationobject
duplicate
modeling
rotate

#1

아래 그림과 같은 복잡한 3차원 꽃잎 구조물을 솔리드웍스나 인벤터 같은 전문 3차원 셀계 툴을 사용하지 않고도, 파워포인트(2013버전)를 이용하여, 꽃잎이 4개인 나노구조물을 모델링하는 방법을 알아보도록 하겠습니다. 즉 3차원 설계파일인 stl import 기능을 사용할 수 없는 환경에서 PPT로도 간단히 구조체를 모델링할 수 있는 방법을 알려드리겠습니다.

(fsp 모델 파일 링크)

우선, 파워포인트에서 크게 두 가지 개체인 꽃 몸체와 마스크를 이용하여 기본적인 구조체를 만들고, 그림 파일로 저장합니다. 그 다음, FDTD Solutions의 image import 기능을 이용하여 저장한 그림 파일을 불러들이고, 첫번째 꽃 몸체에 적절한 두께를 부여하고 duplicate 및 축 방향 회전 등의 기능을 이용하여서 x, y 축에 대칭인 4개의 꽃잎을 가진 구조체를 만듭니다. 이렇게 만들어진 구조체를 위에서 보면 4개의 꽃잎이 타원형태가 아니라 직사각형 형태이기 때문에 둥근 타원형태의 꽃잎을 만들어 주기 위해서는 아래 그림 처럼 flower mask의 붉은색 영역이 etch 기능(회색 음역 부분을 air로 인식, mesh order가 1)을 이용하면 됩니다.

나노구조체의 크기는 대략 300 nm X 300 nm X 106 nm 정도이며, 최종적으로는 실리콘 기판 위에 꽃 구조체가 500 nm 크기의 피치를 갖는 어레이 구조를 시뮬레이션하게 됩니다.

[1] PowerPoint (PPT) 드로잉

  1. 상단 메뉴바 홈 - 그리기 - 달 개체를을 선택하여 꽃 잎을 추가하고 적절히 회전시킵니다.
  2. 꽃 잎을 복사한 후 정렬 - 회전 - 좌우대칭 기능을 이용하여, 두 개의 꽃 잎이 좌우 대칭이 되게 정렬합니다.
  3. 아래 쪽에 기둥 역할을 하는 박스 한 개를 추가합니다.
  4. 타원 개체를 추가한 후 복사와 대칭 기능을 이용하여 대칭형태의 4개의 꽃 잎을 추가합니다.
  5. 꽃잎 몸체(정면)에 해당하는 개체를 paint.net과 같은 이미지 s/w에 복사해서 png 파일로 저장합니다.
  6. 꽃잎 마스크(평면)에 해당하는 개체를 paint.net과 같은 이미지 s/w에 복사해서 png 파일로 저장합니다.


[2] 이미지 파일 import를 이용한 모델링

  1. 메뉴바 상단 우측에 있는 Import - Image 기능을 선택합니다.
  2. 꽃잎 몸체 이미지 파일을 불러들 인 후
  • threshold 255 입력, invert 활성화
  • A-B 거리 300 (nm) 입력

  1. 불러온 꽃 잎 개체를 duplicate(왼쪽 column 메뉴바) 기능을 이용하여 복사하고 아래와 같이 축 회전 기능을 이용하여 대칭구조로 정렬시킴.

  1. 꽃잎 마스크 이미지 파일을 불러들 인후
  • threshold 255 입력, invert 비활성화
  • A-B 거리 300 (nm) 입력

  1. 만들어진 꽃 잎 몸체 위에 마스크를 정렬시킴 (마스크 두께 : 110 nm)

[3] 꽃 구조물 광학 시뮬레이션

  1. Planewave source (633nm 파장) 및 실리콘 기판을 추가시킨 후 대칭 경계조건을 부과하여 시뮬레이션 진행

  1. 최종적으로 꽃잎 구조의 z = 80 nm 높이일 때 xy 평면에서의 전기장 분포 그림을 얻을 수 있습니다.
    (금속 영역의 메쉬사이즈: Δx = Δy = Δz = 1 nm)
    자세한 내용은 링크한 fsp 모델 파일을 참고하세요.

References
[1] Jung, K. et al. Hotspot-Engineered 3D Multipetal Flower Assemblies for Surface-Enhanced Raman Spectroscopy. Adv. Mater. 26, 5924–5929 (2014). (link)


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