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Lehrstuhl für Theoretische Elektrotechnik


Prof. Dr. rer. nat. Markus Clemens

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Forschungsförderprojekt der Deutschen Forschungsgemeinschaft

(DFG CL143/12-1)

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Entwicklung und Bewertung biologischer und technischer Materialmodelle für numerische Simulationen von Terahertz-Expositionen des menschlichen Körpers und von Fehleranalysen in Glas- und Carbon-Faser-Verbundstrukturen mit mm- und Sub-mm-Wellen

 

Projektnehmer:

Clemens, Markus, Prof. Dr. rer. nat. - Lehrstuhl für Theoretische Elektrotechnik

 

Laufzeit:

2015 - 2017

 

Mitarbeiter:

Dr.-Ing. Oliver Spathmann

 

Projektbeschreibung:

Primär zielt das Vorhaben auf die Entwicklung neuer Materialmodelle für technische und biologische Strukturen ab. Diese auf Basis von Mischungsmethoden zu erstellenden Modelle sollen die in der Literatur bestehenden Lücken von dielektrischen Materialparametern (Permittivität und Leitfähigkeit) im mm- und Sub-mm-Wellenbereich (ca. 30 GHz – 10 THz) schließen. Die so bestimmten Materialdaten sollen im Rahmen des Vorhabens dann für numerische Computersimulationen verwendet werden. Um die Breite der Anwendungsmöglichkeiten der Materialmodelle zu demonstrieren, aber auch, um die Grenzen der Vorgehensweise herauszuarbeiten, sollen zwei sehr unterschiedliche Themenbereiche bearbeitet werden: Zum einen sollen die elektromagnetische Exposition menschlichen Körpergewebes bei aktuellen und zukünftigen Applikationen mit THz-Frequenzen (Sub-mm-Wellen) berechnet und die Eignung der neuen Materialmodelle bewertet werden. Zum anderen sollen hochgenaue Modelle von Faser-Verbundwerkstoffen mit und ohne Defektstellen entwickelt und diese dann mit mm- und Sub-mm-Quellen angestrahlt werden, um im Vergleich anhand der Feldmodifikationen vor und/oder hinter den Materialproben, aber auch in den Proben selbst, Ursachen für beobachtete Fehldiagnosen bei der zerstörungsfreien Materialprüfung auf der Basis bildgebender Verfahren auffinden zu können.

 

Schlagworte:

mm- / Sub-mm-Wellenbereich, elektrische Materialparameter, menschlicher Körper, expositionsbedingte Erwärmung, Faser-Verbundwerkstoffe, zerstörungsfreie Prüfung, numerische Computersimulationen

 

Veröffentlichungen (chronologisch):

S. Runke, G. An, O. Spathmann, J. Streckert und M. Clemens Simulation of Nondestructive Testing Methods for the Detection of Composite Material Defects, 17th International IGTE Symposium on Numerical Field Calculation in Electrical Engineering (IGTE 2016), Graz, Austria, 18.-21.09.2016, Book of Abstracts, p. 11., September 2016

O. Spathmann, M. Zang, J. Streckert, V. Hansen, M. Saviz, T. Fiedler, K. Statnikov, U. Pfeiffer und M. Clemens Numerical Computation of Temperature Elevation in Human Skin Due to Electromagnetic Exposure in the THz Frequency Range, IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, 5(6):978 – 989, November 2015

O. Spathmann, M. Saviz, J. Streckert, M. Zang, V. Hansen und M. Clemens Numerical Verification of the Applicability of the Effective Medium Theory With Respect to Dielectric Material Properties, IEEE Transactions on Magnetics, 51(3):7204204, März 2015

O. Spathmann, M. Saviz, J. Streckert, M. Zang, V. Hansen und M. Clemens Numerical Verification of the Applicability of the "Effective Medium Theory" with Respect to Dielectric Material Properties, 16th Biennial Conference on Electromagnetic Field Computation (CEFC 2014), Annecy, France, 25.-28.05.2014. One-page. Full paper accepted for publication in IEEE Transactions on Magnetics, Oktober 2014

M. Zang, V. Hansen, U. Pfeiffer, O. Spathmann, K. Statnikov, J. Streckert and M. Clemens, Development and Application of Electromagnetic Field Excitation Models for Dosimetry Studies in the THz Range, Ninth International Conference on the Computation in Electromagnetics (CEM 2014), London, United Kingdom, April 2014

O. Spathmann, V. Hansen, M. Saviz, J. Streckert, M. Zang and M. Clemens, Estimation of Dielectric Material Properties in THz-Frequency Range Using Effective Medium Theory, EMC Europe 2013, Brugge, Belgium, pp. 154 - 159, September 2013

M. Saviz, O. Spathmann, J. Streckert, V. Hansen, M. Clemens and R. Faraji-Dana, Theoretical Estimations of Safety Thresholds for Terahertz Exposure of Surface Tissues, IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, Vol. 3, No. 5, pp. 635 – 640, September 2013

K. Statnikov, R. Al Hadi, M. Clemens, V. Hansen, O. Spathmann, J. Streckert, M. Zang and U. Pfeiffer, Methods for Determining the Exposure to THz Radiation Utilizing CMOS-Based Detectors, International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2013), September 2013, Mainz, Germany, September 2013

M. Saviz, L. Mogouon Toko, O. Spathmann, J. Streckert, V. Hansen, M. Clemens and R. Faraji-Dana, A New Open-Source Toolbox for Estimating the Electrical Properties of Biological Tissues in the Terahertz Frequency Band, Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, Vol. 34, pp. 529 – 538, Juli 2013

O. Spathmann, M. Clemens, T. Fiedler, V. Hansen, U. Pfeiffer, M. Saviz, K. Statnikov, J. Streckert and M. Zang, Attempts for Exposure Assessment in the THz-Frequency Range Using Numerical Computations, International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC Europe 2012), September 2012

O. Spathmann, V. Hansen, J. Streckert, Y. Zhou, M. Clemens, K. Grote, M. Klose and A. Lerchl, "Head Only" - Exposure of Continuously Growing Rats to 900 MHz GSM Signals, International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC Europe 2012), September 2012

M. Clemens, S. Dickmann, A. El Ouardi, V. Hansen, M. Schaarschmidt, J. Streckert and Y. Zhou, Numerical dosimetry schemes for the simulation of human exposure to pulsed high-power electromagnetic field sources, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 48, No. 2, pp. 807 – 810, February 2012