폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)는 유연한 압전 고분자의 핵심 소재로서 그 압전 성능은 ββ상 함량에 크게 의존합니다. 기존 조건에서는 ββ상이 효율적으로 형성되기 어렵고 안정성이 낮아 웨어러블 센서 분야 적용에 제약이 있습니다. PVDF ββ상의 효율적 유도 및 안정화를 위해 본 연구에서는 직경 1nm 미만의 칼슘-다중금속 산화물 아원자 나노와이어(Ca-POM SNWs)를 기능성 충전재로 선정하고, 전기방사법을 통해 다양한 도핑 함량의 PVDF/Ca-POM 복합막을 제작하여 Ca-POM 도핑이 복합막의 미세구조, 결정상 조성, 기계적 특성 및 압전 반응에 미치는 조절 규칙을 체계적으로 연구하였습니다. 최적 성능 복합막을 기반으로 유연 웨어러블 압전 센서를 제작하고 환경 안정성과 인체 신호 감지 응용 가능성을 평가하였습니다. 실험 결과, Ca-POM SNWs는 강한 계면 상호작용을 통해 PVDF를 αα상에서 ββ상으로 전환시켰으며, 복합막의 ββ상 함량은 순수 PVDF의 62.6%에서 81.0%로 증가하였습니다. 동시에 복합막의 인장 강도와 인성은 각각 4.69 MPa와 170 MJ/m³에 달했으며, 순수 PVDF 막 대비 압전 출력 전압은 1300% 향상되었습니다. PVDF/Ca-POM 복합막 기반 유연 압전 센서는 -40~80 ℃, 30% RH~80% RH 및 모의 땀 환경에서 안정적인 전기적 반응을 유지하였고, 응답 시간과 복구 시간은 각각 150ms와 90ms로 손가락, 손목, 팔꿈치, 목 등 여러 부위의 운동 및 생리 신호의 실시간 정밀 모니터링이 가능하였습니다. 본 연구는 1차원 아원자 충전재를 통한 PVDF 결정상 전환 조절의 새로운 메커니즘을 제공하며, 고성능 유연 웨어러블 압전 센서 재료 개발에 새로운 아이디어와 실험적 근거를 제시합니다.

아원자 나노와이어;압전 센서;ββ상 조절;환경 안정성;웨어러블 센서