정렬형 PVDF/BaTiO₃ 나노섬유를 이용한 제조공정 미세 진동 감지 센서 개발

Development of a Micro-Vibration Sensor for Manufacturing Processes Using Aligned PVDF/BaTiO₃ Nanofibers

제조 공정 중 발생하는 미세 진동은 산업 공정의 정밀 제어를 방해하고 근로자의 건강에 부정적인 영향을 줄 수있다. 본 연구에서는 압전 원리를 이용한 진동 센서 개발을 소개하며, 압전 고분자인 PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 나노섬유를 전기방사 기법으로 정렬시켜 제작한 후, 압전 특성 향상을 위해 BaTiO 3 (Barium Titanate)를 증착하였다. 제작된 센서는 나노섬유 양면에 구리 전극과 알루미늄 전도층을 부착하여 구성되었으며, 미세 진동에 대해 뛰어난 민감도를 보여주었다. 이 센서는 안정적인 출력 전압을 기록하였으며, 특히 약 10 Hz 수준의 저주파 진동 영역에서 효과적인 성능을 확인할 수 있었으며, 우수한 내구성도 확인하였다. 본 연구는 산업 현장에서의 미세 진동 감지 및에너지 변환 센서 기술로의 응용 가능성을 제시할 뿐만 아니라 향후 산업용 장비와 나아가 건강 모니터링 시스템에응용할 수 있을 것이다.

Micro-vibrations in manufacturing processes can disrupt precision control and negatively affect the health of workers. In this study, aligned polyvinylidene fluoride (PVDF) nanofibers were fabricated via electrospinning, and barium titanate (BaTiO 3 ) was deposited on them to enhance their piezoelectric properties. The sensor was constructed by attaching copper electrodes and aluminum conductors to both sides of a nanofiber web. The sensor exhibited excellent sensitivity to Micro-vibrations and maintained a stable output, even after repeated measurements. Its performance in the low-frequency range was particularly effective, demonstrating great durability. This approach involving BaTiO 3 -coated aligned PVDF nanofibers offers promising applications in vibration-sensing and energy-harvesting technologies. Furthermore, the proposed sensor has the potential to play a critical role in future industrial and health-monitoring systems.