Assessment of cavities and water contents through the complex dielectric permittivity computed by the boundary integral equation method

Abstract

This paper presents a method for characterising the of heterostructures consisting of discrete inhomogeneities embedded in a three‐dimensional homogeneous matrix. This method is based on the measurement of the effective complex permittivity. It enables to characterise different media and to determine the presence of inclusions and their concentration in a given heterostructure. To illustrate this technique, measurements are carried out in samples composed of identical aligned inclusions, in the form of circular cylinders, embedded in a polymer matrix and which are filled either by water or air. The experimental results are compared with the results predicted by a numerical approach based on the boundary integral equation method (BIEM) and the PHI3D package. The numerical simulations are found to capture reasonably well the observed trend in the experimental data over a wide range of volume fraction of inclusions.

Tuštumų ir vandens kiekio įvertinimas pagal kompleksinę dielektrinę skvarbą, apskaičiuotą kraštinių integralinių lygčių metodu

Santrauka. Pateikiamas nevienalytės struktūros, susidedančios iš diskrečiųjų intarpų, esančių trimatėje vienalytėje matricoje, apibūdinimo metodas. Šis metodas pagrįstas kompleksinės skvarbos matavimu. Jis leidžia apibūdinti įvairias terpes ir prognozuoti intarpų kiekį bei jų koncentraciją nagrinėjamoje nevienalytėje struktūroje. Metodo patikrai atlikti eksperimentiniai matavimai. Į polimerinę matricą įdėtos apvalaus cilindro formos, pripildytos vandens arba oro. Kiekviename bandinyje intarpų išdėstymas buvo vienodas. Eksperimentinių tyrimų rezultatai palyginti su teoriniais rezultatais, gautais taikant skaitinį kraštinių integrinių lygčių metodą (KILM) bei programą PH13D. Rezultatų palyginimas parodė gerą teorinių skaičiavimų atitikimą eksperimentiniams matavimams.

Raktiniai žodžiai: nevienalytė struktūra, modeliavimas, efektyvioji kompleksinė dielektrinė skvarba, tuštumų ir vandens kiekis.

First Published Online: 14 Oct 2010

Keyword : heterostructures, modelling, effective complex dielectric permittivity, voids and water content