Study on Enhanced Dielectric Properties of PVDF/TiO₂ Nanocomposites for High-Performance Energy Storage Device Applications: Role of TiO₂ in Phase Transition and Polarization

에너지 저장장치 및 차세대 고속 통신용 전자소자에서는 고유전율과 동시에 저유전손실 특성을 갖춘 고성능 유전체 소재에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있다. 이에 본 연구에서는 대표적인 고분자인 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)에 무기 산화물 필러인 이산화티타늄(TiO₂)을 다양한 농도로 첨가하여 유전 특성 향상 가능성과 분산 균일성 개선 효과를 체계적으로 평가하였다. TiO₂ 함량을 0.2~2.0 wt%로 조절하여 복합체를 제조한 후, 광학현미경, 라만 분광, 임피던스 분광(EIS), DSC 등의 실험을 수행하였다. 그 결과, 1.0 wt% TiO₂ 복합체에서 유전율(ε′)은 최대 389로 증가하였고, 2.0 wt% 복합체에서는 유전손실(tanδ)이 최소값 0.017을 나타내었다. 특히 1.0 wt% 복합체는 Raman 분광법 매핑(mapping) 기반의 hotspot 감소 및 CV 균일도 향상이 뚜렷하였고, DSC 분석 결과 TiO₂가 PVDF 내 α-상 성장을 억제하며 β-상 유도를 위한 핵형성제로 작용함이 확인되었다. 본 연구는 이러한 분산 균일성이 유전 성능 향상에 미치는 영향 및 기여 메커니즘을 실험적으로 규명하였으며, TiO₂ /PVDF 복합체가 고성능 유전체 응용 소재로서의 가능성을 제시하였다.