생체의학 응용을 위한 폴리비닐리덴 플루오라이드 필름의 압전 특성에 대한 다공도의 영향

2023년 7월 13일

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PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드)는 특히 생의학 응용 분야에서 압력 및 유량 센서로 탁월한 적성을 보여준 압전 폴리머 소재입니다. 그러나 대부분의 PVDF 박막 센서는 제한된 압전 특성으로 인해 감도와 해상도가 낮습니다.

PVDF 필름의 압전 성능을 향상시키는 한 가지 방법은 재료 구조 내에 나노기공을 도입하는 것입니다. 나노다공성 구조로 변형된 PVDF 필름은 경피적 대동맥 판막 교체(TAVR)를 통해 인공 판막을 이식한 후 대동맥의 혈류에 대한 시험관 내 연구 중 혈역학적 흐름을 모니터링하는 등의 바이오센싱 응용 분야에 매우 적합하다고 생각됩니다. 높은 압전 계수, 유연성 및 낮은 무게.

BME Frontiers에 발표된 최근 연구에서 미네소타 덜루스 대학(UMD) 팀은 다공성이 PVDF 필름의 기계적 및 압전 특성에 미치는 영향에 대한 심층적인 조사를 수행했습니다. 다양한 수준의 다공성과 기공 크기를 갖는 박막 PVDF 시편에 대해 변형률 추적을 수행하여 시편의 기계적 특성을 확인했습니다.

기계적 특성은 COMSOL Multiphysics 소프트웨어에서 PVDF 재료를 모델링하는 데 사용되었으며, PVDF의 압전 계수 d33을 결정하기 위해 압축 테스트 시뮬레이션이 수행되었습니다. 탄성계수의 감소는 시편의 다공성과 높은 역의 상관관계가 있는 것으로 나타났으며, 시뮬레이션 결과에서는 탄성계수가 푸아송비보다 압전 특성에 훨씬 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.

실험적 기술과 컴퓨터 기술을 결합하여 다양한 다공성을 지닌 PVDF 필름의 기계적 특성을 압전 특성과 특성화하고 상호 연관시킬 수 있었습니다.

탄성 계수 및 포아송 비와 같은 재료 특성이 PVDF 필름의 압전 성능에 어떤 영향을 미치는지, 재료의 다공성을 변경하여 이러한 특성을 제어할 수 있는 방법을 이해하는 것은 PVDF를 압력 감지 재료로 추가 개발하는 데 중요합니다. PVDF의 압전 성능을 개선함으로써 혈역학 모니터링과 같은 생체 의학 응용 분야를 위해 보다 민감하고 신뢰할 수 있는 압력 센서를 개발할 수 있습니다.

추가 정보: Jack T. Kloster 등, 생물 의학 응용 분야를 위한 폴리비닐리덴 플루오라이드 필름의 압전 특성에 대한 다공성의 영향, BME Frontiers(2023). DOI: 10.34133/bmef.0009

BME 프론티어 제공