투과율 결과의 신뢰도

안녕하세요… 굴절률이 1.4인 pdms 에 nanosilica particle(굴절률 1.46)과 그 사이에 pore가 섞여있는(굴절률1)인 aerogel을 섞어 가시광에 노출했을 때의 transmission 결과를 구하고 싶습니다. 수 많은 나노 입자가 필요하기 때문에 unitcell 을 만들어서 투과 시켰는데 원하는 그래프의 개형이 나오지 않습니다.
pdms개형
위 그림이 원하는 그래프 모양이고
아래 그림이 simulation 결과 그래프입니다. 혹시 제가 실수한 부분이 있을까요? 그 구 안에 particle들은 대칭이 아니지만 대칭이어도 상관이 없어서 속도를 줄이기 위해 경계조건을 대칭처럼 설정하였습니다.

아래는 제가 설계한 파일입니다.
test6random.fsp (1.8 MB)

첨부하신 것은 reference 의 결과뿐이므로 정확히 어떤 setting 에서 그 결과가 얻어진 것인지를 알 수 없습니다. 따라서, reference 의 설정에 대비하여 현 시뮬레이션의 설정이 무엇이 다른 지 분명하지가 않습니다.
“수 많은 나노입자” 라고 언급한 것으로 보아 random particles (크기 및 위치) 을 이용한 것으로 보이는데, 현재의 시뮬레이션은 큰 구 안에 다시 random 한 구들이 있습니다. 그런데, 그 큰 구들은 일정한 간격으로 정렬이 되어 있고, random 한 구들도 동일하게 반복이 되어 있습니다. 그리고, 이 전체가 주기적으로 반복이 되는데, 이는 reference 에서 만약 모든 것이 random 하게 되어 있다면 reference 의 설정과는 확연히 다른 설정입니다. 따라서, reference 와 유사한 결과를 기대할 아무런 근거가 없어보입니다.

Reference 에서 구체적으로 어떤 설정을 사용했는 지 알려주시면 추가로 comment 를 해드리겠습니다.

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reference는 pdms(굴절률1.4)에서 이와 같이 particle이 분포 되어있습니다.
silica aerogel은 보통 나노 입자들이 아래와 같이 구조를 형성하여 그 사이에 pore들이 생깁니다.
그래서 저는 설계를 큰 구 안에 나노입자들을 랜덤으로 배치하였고, 그 입자를 제외한 부분을 pore라고 생각하여 pore의 굴절률 1로 하여 모델하였습니다. 그리고 그 큰구마다 일정한 간격으로 설정하고 큰 구의 group을 3개만 설정한 것은 시간 단축을 위해 경향을 확인하고자 3개만 한 것입니다. 아래가 그 예이고
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아래는 정확하진 않지만, 마당한 schematice이없어서 가져왔는데 하얀 구 안에 나노입자들이 얽혀있다고 생각하면 될거 같습니다.

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그러니까
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이처럼 되는 거겠죠

Micropores 는 일단 무시를 한 상태에서 다루는 대상을 보면, silica aerogel 들은 random 한 크기, 위치, 간격을 가지고 있습니다. 이러한 상태를 단 몇 개의 aerogel 을 일정한 간격으로 z-방향으로 배치를 하고, x-/y-방향으로는 periodic BC 를 사용함으로써 균일한 간격으로 무한히 있는 것처럼 간주하여 시뮬레이션을 하는 것은 실제의 상황을 너무 단순화한것입니다. 따라서, 시뮬레이션 결과가 실제 상황의 결과와 다른 것은 당연하다고 볼 수 있습니다. 실제 상황의 key point 는 randomness 인데, 이 모든 randomness 를 시뮬레이션에서 무시한다면 실제와 유사한 결과를 기대할 수 없습니다.

만약, 이 부분이 의심이 든다면, 2D 로 random 한 상황을 잘 반영하여 넓은 영역을 포함하여 시뮬레이션을 해보고, 이를 위의 시뮬레이션처럼 단순화한 것을 시뮬레이션해보고 비교해보면, 그 방법론이 타당한가를 확인해 볼 수 있을 것입니다.

넓은 영역에 걸쳐 random 한 구조물을 시뮬레이션할 때에는 아래와 같이 PML BC 를 사용하고 TFSF 를 이용할 수도 있고, 아니면 Periodic BC 를 사용하고 planewave 를 inject 할 수 있습니다. 다만, Periodic BC 를 사용할 경우에는 시뮬레이션 span 을 충분히 크게 하지 않으면 randomness 를 잘 반영할 수 없으므로 시뮬레이션 span 을 늘려주면서 시뮬레이션 결과가 수렴하는 선에서 멈추어 주면 됩니다.