KR102328087B1 - Non-buried piezoelectric energy harvesting system, construction method thereof, and piezoelectric energy harvesting method using the same - Google Patents

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KR102328087B1
KR102328087B1 KR1020200118705A KR20200118705A KR102328087B1 KR 102328087 B1 KR102328087 B1 KR 102328087B1 KR 1020200118705 A KR1020200118705 A KR 1020200118705A KR 20200118705 A KR20200118705 A KR 20200118705A KR 102328087 B1 KR102328087 B1 KR 102328087B1
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최재원
임석희
김용현
민경수
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Abstract

The present invention relates to a piezoelectric energy harvesting system constructed on a surface of a road in an unburied type without road excavation. The piezoelectric energy harvesting system is installed on a surface of a road in an unburied type without road excavation. The present invention relates to the unburied type piezoelectric energy harvesting system comprising a fluorine-based piezoelectric polymer layer manufactured from a piezoelectric paint composition including a fluorine-based piezoelectric polymer, an inorganic filler, a pigment and a solvent, a piezoelectric-based energy harvesting method for harvesting electrical energy from the same, and an installation method of the unburied type piezoelectric energy harvesting system.

Description

도료 조성물을 이용하여 시공된 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템과 이의 시공 방법, 및 이를 이용한 압전 기반 에너지 하베스팅 방법 {Non-buried piezoelectric energy harvesting system, construction method thereof, and piezoelectric energy harvesting method using the same}Non-buried piezoelectric energy harvesting system, construction method thereof, and piezoelectric energy harvesting method using the same, and piezoelectric energy harvesting method using same }

본 발명은 도료 조성물을 이용하여 시공된 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템과 이의 시공 방법, 및 이를 이용한 압전 기반 에너지 하베스팅 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an unburied piezoelectric energy harvesting system constructed using a paint composition, a construction method thereof, and a piezoelectric-based energy harvesting method using the same.

에너지 하베스팅(Energy harvesting)이란 태양광, 진동, 열, 풍력 등과 같이 자연적인 에너지원으로부터 발생하는 에너지를 전기에너지로 전환시켜 수확하는 기술을 의미한다.Energy harvesting refers to a technology for harvesting energy generated from natural energy sources such as sunlight, vibration, heat, and wind power by converting it into electrical energy.

이 중에서도 압전효과를 바탕으로 제안된 압전기반의 에너지 하베스터(Piezoelectric energy harvester)는 바람 및 태양 등과 같은 외부 신재생 에너지원이 제공되지 않는 상황에서도 미세한 움직임에 의해 발생되는 진동, 굽힘 및 하중 등의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있는 차세대 에너지 생성소자로 주목받고 있다.Among them, the piezoelectric energy harvester proposed based on the piezoelectric effect is a mechanical energy harvester, such as vibration, bending, and load, generated by minute movements even when external renewable energy sources such as wind and sun are not provided. It is attracting attention as a next-generation energy generating device that can convert energy into electrical energy.

특히, 해당 기술을 고정적으로 정해진 수치의 차량의 이동으로 인한 에너지원 확보가 유리한 도로에 적용 하려는 연구가 최근 증대되고 있는 실정이다.In particular, research to apply the technology to roads where it is advantageous to secure an energy source due to the movement of a fixed number of vehicles is increasing recently.

한편, 대표적으로 많이 사용되는 세라믹 압전재료로는 Pb(ZrTi)O3(PZT)가 있으며, 폴리머 압전재료는 PVDF(Poly-vinylidene difluoride)가 있다.On the other hand, a representative ceramic piezoelectric material is Pb(ZrTi)O 3 (PZT), and the polymer piezoelectric material is PVDF (Poly-vinylidene difluoride).

상기 세라믹 압전재료인 PZT의 기계-전기 결합계수인 k=0.5로 PVDF의 k=0.2보다 크다는 장점이 있으나 폴리머에 비해 단단하여 적은 진동으로 에너지가 발생될 수 없으며, 잘 깨져서 큰 변형에는 사용할 수 없다는 단점이 있다.The mechanical-electrical coupling coefficient of the ceramic piezoelectric material, PZT, k = 0.5, which is greater than k = 0.2 of PVDF, but it is harder than polymer, so energy cannot be generated by little vibration, and it is easily broken and cannot be used for large deformation. There are disadvantages.

반면 폴리머는 유연하여 큰 변위에 사용될 수 있으나 전기-기계 결합계수가 작다는 단점이 있다.On the other hand, polymers are flexible and can be used for large displacements, but there is a disadvantage in that the electro-mechanical coupling coefficient is small.

이에 따라, 기계에너지를 전기에너지로 변환시키는 효율을 높이기 위한 최적의 조건을 재료 측면과 기계적 장치 측면에서 검토해야할 필요성이 있으며, 무엇보다 중요한 것은 도로에 적용 시 발생하는 변형량(충격하중 등의 교통하중)에 대한 기계적 내구성, 그리고 도로변 극한 환경변화(온도 및 습도 변화)에 대한 재료적 내구성에 대한 검토가 선행되어야 한다는 것이다.Accordingly, it is necessary to review the optimal conditions for increasing the efficiency of converting mechanical energy into electrical energy from the material side and the mechanical device side, and most importantly, the amount of deformation (traffic load such as impact load) that occurs when applied to the road. ), and the material durability against extreme environmental changes (temperature and humidity changes) along the road should be reviewed first.

한편, 이에 대한 유사 선행문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1757109호가 제시되어 있다.On the other hand, as a similar prior literature thereto, Korean Patent No. 10-1757109 has been proposed.

대한민국 등록특허공보 제10-1757109호 (2017.07.05)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1757109 (2017.07.05)

본 발명은 도로 굴착이 필요하지 않는 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템 및 이의 시공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an unburied piezoelectric energy harvesting system that does not require road excavation and a construction method thereof.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 도로 굴착 없이 비매설형으로 도로의 표면 상에 시공되는 압전 에너지 하베스팅 시스템으로, 상기 압전 에너지 하베스팅 시스템은 불소계 압전 고분자, 무기 필러, 안료 및 용매를 포함하는 압전 도료 조성물로부터 제조된 불소계 압전 고분자층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템에 관한 것이다.One aspect of the present invention for achieving the above object is a piezoelectric energy harvesting system constructed on the surface of a road in an unburied type without road excavation, wherein the piezoelectric energy harvesting system includes a fluorine-based piezoelectric polymer, an inorganic filler, a pigment and a solvent. It relates to a non-buried piezoelectric energy harvesting system, characterized in that it comprises a fluorine-based piezoelectric polymer layer prepared from a piezoelectric coating composition comprising a.

상기 일 양태에 있어, 상기 불소계 압전 고분자층은 압전 에너지 하베스팅 시스템 시공 시 압전 도료 조성물을 전극 상에 도포한 후 건조시켜 제조된 것일 수 있다.In one aspect, the fluorine-based piezoelectric polymer layer may be prepared by coating a piezoelectric paint composition on an electrode during construction of a piezoelectric energy harvesting system and then drying it.

상기 일 양태에 있어, 상기 불소계 압전 고분자층은 압전 도료 조성물을 기재 상에 도포 및 건조시켜 필름화한 후, 불소계 압전 고분자 필름을 전극 상에 접착시켜 제조된 것일 수 있다.In one aspect, the fluorine-based piezoelectric polymer layer may be prepared by coating and drying a piezoelectric coating composition on a substrate to form a film, and then adhering a fluorine-based piezoelectric polymer film on an electrode.

상기 일 양태에 있어, 상기 전극은 압전 에너지 하베스팅 시스템 시공 시 전극용 도료 조성물을 도로 상에 도포한 후 건조시켜 제조된 것일 수 있다.In the above aspect, the electrode may be manufactured by applying a coating composition for an electrode on a road and drying the coating composition for a piezoelectric energy harvesting system during construction.

상기 일 양태에 있어, 상기 전극은 박막형 전극을 도로 상에 접착시킨 것일 수 있다.In the above aspect, the electrode may be a thin-film electrode bonded to the road.

상기 일 양태에 있어, 상기 무기 필러는 세라믹 필러, 탄소계 전도성 필러 또는 이들의 혼합물일 수 있다.In one aspect, the inorganic filler may be a ceramic filler, a carbon-based conductive filler, or a mixture thereof.

또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템을 이용하여 전기에너지를 수확하는, 압전 기반 에너지 하베스팅 방법에 관한 것이다.In addition, another aspect of the present invention relates to a piezoelectric-based energy harvesting method for harvesting electrical energy using the above-described non-buried piezoelectric energy harvesting system.

또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 전술한 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템을 도로에 시공하는 단계;를 포함하는 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템의 시공 방법에 관한 것이다.In addition, another aspect of the present invention relates to a method of constructing a non-buried piezoelectric energy harvesting system comprising the step of constructing the above-described non-buried piezoelectric energy harvesting system on a road.

상기 또 다른 일 양태에 있어, 상기 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템은 스쿨존, 또는 전력 공급 취약 구간에 시공되는 것일 수 있다.In another aspect, the non-buried piezoelectric energy harvesting system may be constructed in a school zone or a weak power supply section.

본 발명에 따른 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템은 도로 굴착 없이 도로 표면에 시공 가능함에 따라 도로를 훼손하지 않을 수 있다. 아울러 도로 굴착을 위한 시간 및 비용을 절감할 수 있어 좋다.The non-buried piezoelectric energy harvesting system according to the present invention may not damage the road as it can be constructed on the road surface without road excavation. In addition, it is good to reduce the time and cost for road excavation.

또한, 본 발명에 따른 압전 도료 조성물로부터 제조된 불소계 압전 고분자층은 세라믹을 주성분으로 사용한 기존 도로용 압전 에너지 하베스터와 달리 불소계 압전 고분자를 주성분으로 사용함에 따라 뛰어난 내충격성 및 고내구성을 가져 쉽게 손상되지 않을 수 있으며, 장기간 에너지를 수확할 수 있다는 장점이 있다.In addition, the fluorine-based piezoelectric polymer layer prepared from the piezoelectric paint composition according to the present invention has excellent impact resistance and high durability as it uses a fluorine-based piezoelectric polymer as a main component, unlike the conventional piezoelectric energy harvester for roads using ceramic as a main component, so it is not easily damaged. There is an advantage that energy can be harvested for a long period of time.

아울러, 필요에 따라 불소계 압전 고분자층 및 전극층의 형성 방법을 달리할 수 있으며, 시공 시 압전 도료 조성물을 전극 상에 바로 도포한 후 경화시켜 불소계 압전 고분자층을 형성하거나, 전극용 도료 조성물을 도로 상에 바로 도포한 후 건조시켜 전극을 형성할 수 있어 압전 하베스팅 시스템 시공이 매우 간편해질 수 있다.In addition, the method of forming the fluorine-based piezoelectric polymer layer and the electrode layer can be varied as needed. During construction, the piezoelectric coating composition is applied directly on the electrode and cured to form a fluorine-based piezoelectric polymer layer, or the electrode coating composition is applied on the road. The piezoelectric harvesting system construction can be very simple because it can be applied directly to the surface and dried to form an electrode.

나아가, 상기 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템은 곡선형 도로 등 전력 공급이 취약한 곳에 용이하게 시공할 수 있음에 따라 교통표지판, 가로등 또는 지시등 등에 자발적인 전력 공급이 가능하여 교통안전을 도모할 수 있으며, 전기적 연결을 활용하여 자연재해로 인한 도로의 균열, 파손 등을 감지할 수 있어 재난 안전 감지 장치로도 활용할 수 있다는 장점이 있다.Furthermore, as the non-buried piezoelectric energy harvesting system can be easily constructed in places where power supply is weak, such as curved roads, it is possible to voluntarily supply power to traffic signs, street lights, or indicator lights, thereby promoting traffic safety, It has the advantage that it can be used as a disaster safety detection device because it can detect cracks and damage on roads due to natural disasters by using electrical connections.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템의 일 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템의 다른 일 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템의 또 다른 일 예시도이다.
1 is an exemplary diagram of an unburied piezoelectric energy harvesting system according to an example of the present invention.
2 is another exemplary diagram of an unburied piezoelectric energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
3 is another exemplary diagram of an unburied piezoelectric energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명에 따른 도료 조성물을 이용하여 시공된 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템과 이의 시공 방법, 및 이를 이용한 압전 기반 에너지 하베스팅 방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, an unburied piezoelectric energy harvesting system constructed using the coating composition according to the present invention, a construction method thereof, and a piezoelectric-based energy harvesting method using the same will be described in detail. The drawings introduced below are provided as examples so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, if there is no other definition in the technical terms and scientific terms used, it has the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the technical field to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily obscure will be omitted.

기존 도로용 압전 에너지 하베스터(Piezoelectric energy harvester)는 도로 표면 소정 면적을 굴착한 후 그 위치에 소자를 매립하는 방식으로 시공되었다.Existing piezoelectric energy harvesters for roads were constructed by excavating a predetermined area of the road surface and then embedding the elements in that location.

이와 같은 방식은 도로 표면을 굴착해야함에 따라 필수적으로 도로를 훼손해야하는 단점이 있으며, 굴착 및 시공에 많은 시간과 비용이 소요된다는 단점이 있었다. 또한, 곡선형 도로에는 시공이 어려워 전력 공급 취약 구간에는 매립이 어렵다는 문제가 있었다.This method has the disadvantage that it is necessary to damage the road as the road surface needs to be excavated, and a lot of time and money are required for excavation and construction. In addition, there was a problem in that it was difficult to construct a curved road, so that it was difficult to reclaim in a section where the power supply was weak.

이에 본 발명자들은 보다 시공이 간편하며, 전력 공급 취약 구간에도 시공이 가능한 압전 에너지 하베스터를 개발하기 위하여 거듭 연구한 끝에 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템을 고안하였다.Accordingly, the present inventors have devised an unburied piezoelectric energy harvesting system after repeated research to develop a piezoelectric energy harvester that is easier to construct and can be constructed even in a weak power supply section.

상세하게, 본 발명의 일 양태는 도로 굴착 없이 비매설형으로 도로의 표면 상에 시공되는 압전 에너지 하베스팅 시스템으로, 상기 압전 에너지 하베스팅 시스템은 불소계 압전 고분자, 무기 필러, 안료 및 용매를 포함하는 압전 도료 조성물로부터 제조된 불소계 압전 고분자층을 포함하는 것을 특징으로 하는 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템에 관한 것이다.In detail, an aspect of the present invention is a piezoelectric energy harvesting system constructed on the surface of a road in an unburied type without road excavation, wherein the piezoelectric energy harvesting system includes a fluorine-based piezoelectric polymer, an inorganic filler, a pigment and a solvent. It relates to a non-buried piezoelectric energy harvesting system comprising a fluorine-based piezoelectric polymer layer prepared from a piezoelectric coating composition.

이처럼, 본 발명에 따른 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템은 도로 굴착 없이 도로 표면에 시공 가능함에 따라 도로를 훼손하지 않을 수 있다. 아울러 도로 굴착을 위한 시간 및 비용을 절감할 수 있어 좋다.As such, the non-buried piezoelectric energy harvesting system according to the present invention may not damage the road as it can be constructed on the road surface without road excavation. In addition, it is good to reduce the time and cost for road excavation.

또한, 본 발명에 따른 압전 도료 조성물로부터 제조된 불소계 압전 고분자층은 세라믹을 주성분으로 사용한 기존 도로용 압전 에너지 하베스터와 달리 불소계 압전 고분자를 주성분으로 사용함에 따라 뛰어난 내충격성 및 고내구성을 가져 쉽게 손상되지 않을 수 있으며, 장기간 에너지를 수확할 수 있다는 장점이 있다.In addition, the fluorine-based piezoelectric polymer layer prepared from the piezoelectric paint composition according to the present invention has excellent impact resistance and high durability as it uses a fluorine-based piezoelectric polymer as a main component, unlike the conventional piezoelectric energy harvester for roads using ceramic as a main component, so it is not easily damaged. There is an advantage that energy can be harvested for a long period of time.

나아가, 상기 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템은 곡선형 도로 등 전력 공급이 취약한 곳에 용이하게 시공할 수 있음에 따라 교통표지판, 가로등 또는 지시등 등에 자발적인 전력 공급이 가능하여 교통안전을 도모할 수 있으며, 전기적 연결을 활용하여 자연재해로 인한 도로의 균열, 파손 등을 감지할 수 있어 재난 안전 감지 장치로도 활용할 수 있다는 장점이 있다.Furthermore, as the non-buried piezoelectric energy harvesting system can be easily constructed in places where power supply is weak, such as curved roads, it is possible to voluntarily supply power to traffic signs, street lights, or indicator lights, thereby promoting traffic safety, It has the advantage that it can be used as a disaster safety detection device because it can detect cracks and damage on roads due to natural disasters by using electrical connections.

이하, 본 발명의 일 예에 따른 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, an unburied piezoelectric energy harvesting system according to an example of the present invention will be described in more detail.

먼저, 본 발명의 핵심 구성 요소인 불소계 압전 고분자층에 대하여 설명한다. First, a fluorine-based piezoelectric polymer layer, which is a key component of the present invention, will be described.

상기 불소계 압전 고분자층은 진동, 굽힘 또는 하중 등의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시킬 수 있는 압전 효과를 제공하는 것으로, 전술한 바와 같이 불소계 압전 고분자, 무기 필러, 안료 및 용매를 포함하는 압전 도료 조성물로부터 제조된 것일 수 있다. 상기 압전 도료 조성물로부터 제조된 불소계 압전 고분자층은 세라믹을 주성분으로 사용한 기존 도로용 압전 에너지 하베스터와 달리 불소계 압전 고분자를 주성분으로 사용함에 따라 뛰어난 내충격성 및 고내구성을 가져 쉽게 손상되지 않을 수 있으며, 장기간 에너지를 수확할 수 있다는 장점이 있다.The fluorine-based piezoelectric polymer layer provides a piezoelectric effect capable of converting mechanical energy such as vibration, bending, or load into electrical energy, and as described above, a piezoelectric coating composition comprising a fluorine-based piezoelectric polymer, an inorganic filler, a pigment and a solvent It may be prepared from The fluorine-based piezoelectric polymer layer prepared from the piezoelectric paint composition has excellent impact resistance and high durability as it uses a fluorine-based piezoelectric polymer as a main component, unlike the conventional piezoelectric energy harvesters for roads that use ceramic as a main component, so it can not be easily damaged and can not be easily damaged for a long time. It has the advantage of being able to harvest energy.

본 발명의 일 예에 있어, 상기 불소계 압전 고분자는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 예를 들면 비닐리덴 플루오리드(PVDF)계 고분자일 일 수 있다. PVDF계 고분자는 α, β, γ, δ의 4종류의 결정구조를 갖는데, 이때 β상의 결정 구조를 가진 PVDF계 고분자를 사용하는 것이 압전 효과를 향상시킴에 있어 바람직하다. 보다 구체적인 일 예로 상기 PVDF계 고분자는 비닐리덴 플루오리드(VDF, vinylidene fluoride)의 단독중합체, 또는 VDF와 트리플루오로에틸렌(TrFE, trifluoroethylene), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE, chlorotrifluoroethylene) 및 헥사플루오로프로필렌(HEP, hexafluoropropylene) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 공중합시킨 공중합체일 수 있다. 더욱 구체적인 일 예시로, PVDF, P(VDF-co-TrFE), P(VDF-co-CTFE), P(VDF-co-HEP) 및 P(VDF-TrFE-CTFE) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.In an example of the present invention, the fluorine-based piezoelectric polymer may be used without particular limitation as long as it is commonly used in the art, and may be, for example, a vinylidene fluoride (PVDF)-based polymer. The PVDF-based polymer has four types of crystal structures: α, β, γ, and δ. In this case, it is preferable to use a PVDF-based polymer having a β-phase crystal structure in order to improve the piezoelectric effect. As a more specific example, the PVDF-based polymer is a homopolymer of vinylidene fluoride (VDF), or VDF and trifluoroethylene (TrFE, trifluoroethylene), chlorotrifluoroethylene (CTFE, chlorotrifluoroethylene) and hexafluoro It may be a copolymer obtained by copolymerizing at least one selected from the group consisting of propylene (HEP, hexafluoropropylene) and the like. As a more specific example, PVDF, P (VDF-co-TrFE), P (VDF-co-CTFE), P (VDF-co-HEP) and P (VDF-TrFE-CTFE) selected from the group consisting of It may be any one or two or more.

본 발명의 일 예에 있어, 상기 무기 필러는 압전효과를 더욱 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 세라믹 필러, CNT, 탄소계 전도성 필러 또는 이들의 혼합물 등일 수 있으며, 보다 구체적인 일 예시로, 상기 세라믹 필러는 티탄산 지르콘산 납(PZT), ZnO, MgO, CdO, BaTiO3, PbTiO3 및 PbZrO3 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 탄소계 필러는 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Gr), 그래핀산화물(GO) 및 환원된 그래핀산화물(rGO) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.In an example of the present invention, the inorganic filler is added to further improve the piezoelectric effect, and may be a ceramic filler, CNT, a carbon-based conductive filler, or a mixture thereof. As a more specific example, the ceramic filler is It may be any one or two or more selected from lead zirconate titanate (PZT), ZnO, MgO, CdO, BaTiO 3 , PbTiO 3 and PbZrO 3 , and the carbon-based filler is carbon nanotube (CNT), graphene (Gr), It may be any one or two or more selected from graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO).

상기 무기 필러는 불소계 압전 고분자 100 중량부에 대하여 0.001 내지 10 중량부로 첨가될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The inorganic filler may be added in an amount of 0.001 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the fluorine-based piezoelectric polymer, but is not limited thereto.

본 발명의 일 예에 있어, 상기 안료는 불소계 압전 고분자층의 색상을 원하는 바에 따라 발현시키기 위한 것으로, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the pigment is for expressing the color of the fluorine-based piezoelectric polymer layer as desired, and as long as it is commonly used in the art, it may be used without particular limitation.

상기 안료는 불소계 압전 고분자 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부로 첨가될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The pigment may be added in an amount of 0.01 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the fluorine-based piezoelectric polymer, but is not limited thereto.

본 발명의 일 예에 있어, 상기 용매는 상기 불소계 압전 고분자를 용해시키기 위한 것으로, 상기 불소계 압전 고분자를 효과적으로 용해시키면서 화학적 반응을 일으키기 않는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 일 예시로 상기 용매는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF), 메틸에틸케톤(MEK) 및 1,4-디옥산 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합용매일 수 있다.In an example of the present invention, the solvent is for dissolving the fluorine-based piezoelectric polymer, and as long as it does not cause a chemical reaction while effectively dissolving the fluorine-based piezoelectric polymer, it can be used without particular limitation. As a specific example, the solvent is It may be any one or a mixed solvent of two or more selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), methyl ethyl ketone (MEK) and 1,4-dioxane. .

상기 용매는 불소계 압전 고분자를 충분히 용해시킬 수 있으면서, 압전 도료 조성물을 용이하게 도포할 수 있을 정도면 족하며, 예를 들면 불소계 압전 고분자 100 중량부에 대하여 50 내지 1000 중량부로 첨가될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 사용되는 용매의 종류에 따라 조절될 수 있다.The solvent is sufficient enough to sufficiently dissolve the fluorine-based piezoelectric polymer and to easily apply the piezoelectric coating composition, for example, 50 to 1000 parts by weight based on 100 parts by weight of the fluorine-based piezoelectric polymer. It is not limited thereto, and may be adjusted according to the type of solvent used.

전술한 바와 같은 압전 도료 조성물을 이용하여 불소계 압전 고분자층을 형성할 수 있으며, 후술하는 바와 같이 필요에 따라 두 가지 시공 방식을 통해 불소계 압전 고분자층을을 형성할 수 있다.The fluorine-based piezoelectric polymer layer may be formed by using the piezoelectric coating composition as described above, and the fluorine-based piezoelectric polymer layer may be formed through two construction methods, if necessary, as described below.

먼저, 상기 불소계 압전 고분자층은 압전 에너지 하베스팅 시스템 시공 시 압전 도료 조성물을 전극 상에 도포한 후 건조시켜 제조된 것일 수 있다. 이와 같은 방식은 압전 에너지 하베스팅 시스템 시공 구간에 압전 도료 조성물을 도포하여 불소계 압전 고분자층을 형성하는 방식임에 따라, 도로의 형태에 전혀 구애받지 않아 곡선형 등의 전력 공급 취약 구간에 압전 에너지 하베스팅 시스템을 매우 용이하게 설치할 수 있다는 장점이 있다.First, the fluorine-based piezoelectric polymer layer may be prepared by applying a piezoelectric paint composition on an electrode during construction of a piezoelectric energy harvesting system and then drying it. As this method is a method of forming a fluorine-based piezoelectric polymer layer by applying a piezoelectric paint composition to the construction section of the piezoelectric energy harvesting system, it is not limited by the shape of the road at all. It has the advantage that it can be installed very easily.

또는, 상기 불소계 압전 고분자층은 압전 도료 조성물을 기재 상에 도포 및 건조시켜 필름화한 후, 불소계 압전 고분자 필름을 전극 상에 접착시켜 제조된 것일 수 있다. 이 경우 상기 기재는 불소계 압전 고분자 필름이 쉽게 박리될 수 있는 기재를 사용하는 것이 바람직하며, 필름화는 통상적인 방법에 의해 수행될 수 있다.Alternatively, the fluorine-based piezoelectric polymer layer may be prepared by coating and drying a piezoelectric coating composition on a substrate to form a film, and then adhering a fluorine-based piezoelectric polymer film on an electrode. In this case, it is preferable to use a substrate from which the fluorine-based piezoelectric polymer film can be easily peeled off, and film formation may be performed by a conventional method.

한편, 상기 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템은 전극을 더 포함할 수 있으며, 상술한 바와 같이 상기 전극 상에 불소계 압전 고분자층이 형성될 수 있다.Meanwhile, the non-buried piezoelectric energy harvesting system may further include an electrode, and as described above, a fluorine-based piezoelectric polymer layer may be formed on the electrode.

상기 전극은 압전 에너지 하베스팅 시스템을 전기적으로 연결하여 불소계 압전 고분자층에서 생성된 전력을 필요 장치에 전달하거나 배터리 등의 전력저장부에 전달하기 위한 것으로, 이 역시 필요에 따라 두 가지 시공 방식을 통해 형성될 수 있다.The electrode is to electrically connect the piezoelectric energy harvesting system to deliver the power generated from the fluorine-based piezoelectric polymer layer to a necessary device or to a power storage unit such as a battery. can be formed.

먼저, 상기 전극은 압전 에너지 하베스팅 시스템 시공 시 전극용 도료 조성물을 도로 상에 도포한 후 건조시켜 제조된 것일 수 있다. 이때, 전극용 도료 조성물은 탄소화합물, 금속입자 또는 이들의 혼합물인 전극형성물질, 고분자 바인더 및 분산매 등을 포함할 수 있다.First, the electrode may be manufactured by applying a paint composition for an electrode on a road during construction of a piezoelectric energy harvesting system and then drying it. In this case, the coating composition for an electrode may include a carbon compound, an electrode forming material that is a metal particle or a mixture thereof, a polymer binder, and a dispersion medium.

일 예로, 상기 탄소화합물은 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Gr), 그래핀산화물(GO) 및 환원된 그래핀산화물(rGO) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 또한, 상기 금속입자는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.For example, the carbon compound may be any one or two or more selected from the group consisting of carbon nanotubes (CNT), graphene (Gr), graphene oxide (GO), and reduced graphene oxide (rGO). In addition, the metal particles may be any one or two or more selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), copper (Cu) and aluminum (Al).

상기 고분자 바인더는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 일 예시로 아크릴-우레탄 공중합체 등일 수 있다.The polymer binder may be used without particular limitation as long as it is commonly used in the art, and as a specific example, it may be an acryl-urethane copolymer or the like.

상기 용매는 메틸알콜, 에틸알콜, 프로필알콜, 부틸알콜, 이소프로필알콜, 이소부틸알콜, 에틸렌글리콜, 아세톤, 메틸에틸케톤, 사이클로 헥사논, 헥산, 디에틸아민, 트리에틸아민, 옥타데실 아민, 사이클로 헥산, 에틸아세테이트, 아세톤, 디메틸폼아미드, 디메틸아세트아미드, 메틸렌 클로라이드, 클로로포름, 사염화탄소, 디메틸설폭사이드, 다이옥신, 니트로메탄, 톨루엔, 자이렌, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 트리메틸 벤젠, 메틸나프탈렌, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈, 피리딘, 아크릴로니트릴, 아닐린, 솔비톨, 카비톨, 카비톨아세테이트, 메틸셀로졸브 및 에틸셀로졸브 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합용매일 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The solvent is methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, ethylene glycol, acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, hexane, diethylamine, triethylamine, octadecyl amine, Cyclohexane, ethyl acetate, acetone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, dimethyl sulfoxide, dioxin, nitromethane, toluene, xylene, dichlorobenzene, dimethylbenzene, trimethylbenzene, methylnaphthalene, tetra Any one or two selected from the group consisting of hydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone, pyridine, acrylonitrile, aniline, sorbitol, carbitol, carbitol acetate, methyl cellosolve and ethyl cellosolve It may be a mixed solvent of the above, but is not necessarily limited thereto.

또는, 상기 전극은 박막형 전극을 도로 상에 접착시킨 것일 수 있다. 이때, 상기 박막형 전극은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 일 예로 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 금속전극은 높은 전기 전도성을 가지고, 고온에서 열적 안정성을 가지는 금(Au) 또는 백금(Pt)일 수 있다.Alternatively, the electrode may be a thin-film electrode attached to a road. In this case, the thin-film electrode may be used without particular limitation as long as it is commonly used in the art, and specific examples thereof include gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), copper (Cu) and aluminum (Al). It may include any one or two or more selected from the group consisting of. Preferably, the metal electrode may be gold (Au) or platinum (Pt) having high electrical conductivity and thermal stability at high temperature.

상기 박막형 전극은 도 1에 도시된 바와 같이 도로-전극 접착제를 이용하여 도로 상에 접착될 수 있으며, 도로-전극 접착제는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있다.As shown in FIG. 1 , the thin-film electrode may be adhered to the road using a road-electrode adhesive, and the road-electrode adhesive may be used without particular limitation as long as it is commonly used in the art.

또한 불소계 압전 고분자 필름으로 불소계 압전 고분자층을 형성할 경우에도 전극과 불소계 압전 고분자층을 접착시키기 위한 접착제가 필요하며, 이 경우 전극과 불소계 압전 고분자층 간의 전기전도도를 저하시키지 않기 위하여 전도성 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, when forming a fluorine-based piezoelectric polymer layer with a fluorine-based piezoelectric polymer film, an adhesive for bonding the electrode and the fluorine-based piezoelectric polymer layer is required. It is preferable to do

일 예시로, 상기 전도성 접착제는 탄소화합물, 전도성 고분자 및 용매를 포함하는 전도성 탄소 접착제일 수 있다.As an example, the conductive adhesive may be a conductive carbon adhesive including a carbon compound, a conductive polymer, and a solvent.

보다 구체적인 일 예시로, 상기 탄소화합물은 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Gr), 그래핀산화물(GO) 및 환원된 그래핀산화물(rGO) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.As a more specific example, the carbon compound may be any one or two or more selected from the group consisting of carbon nanotubes (CNT), graphene (Gr), graphene oxide (GO), and reduced graphene oxide (rGO). can

상기 전도성 고분자는 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌 및 폴리설퍼니트라이드 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.The conductive polymer may be any one or two or more selected from the group consisting of polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene and polysulfonitride.

상기 용매는 메틸알콜, 에틸알콜, 프로필알콜, 부틸알콜, 이소프로필알콜, 이소부틸알콜, 에틸렌글리콜, 아세톤, 메틸에틸케톤, 사이클로 헥사논, 헥산, 디에틸아민, 트리에틸아민, 옥타데실 아민, 사이클로 헥산, 에틸아세테이트, 아세톤, 디메틸폼아미드, 디메틸아세트아미드, 메틸렌 클로라이드, 클로로포름, 사염화탄소, 디메틸설폭사이드, 다이옥신, 니트로메탄, 톨루엔, 자이렌, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 트리메틸 벤젠, 메틸나프탈렌, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈, 피리딘, 아크릴로니트릴, 아닐린, 솔비톨, 카비톨, 카비톨아세테이트, 메틸셀로졸브 및 에틸셀로졸브 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합용매일 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The solvent is methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, ethylene glycol, acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, hexane, diethylamine, triethylamine, octadecyl amine, Cyclohexane, ethyl acetate, acetone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, dimethyl sulfoxide, dioxin, nitromethane, toluene, xylene, dichlorobenzene, dimethylbenzene, trimethylbenzene, methylnaphthalene, tetra Any one or two selected from the group consisting of hydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone, pyridine, acrylonitrile, aniline, sorbitol, carbitol, carbitol acetate, methyl cellosolve and ethyl cellosolve It may be a mixed solvent of the above, but is not necessarily limited thereto.

나아가, 본 발명의 일 예에 따른 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템은 불소계 압전 고분자층 하부뿐만 아니라 상부에도 전극이 형성될 수 있으며, 이는 전술한 전극의 내용과 중복됨에 따라 중복 설명은 생략한다.Furthermore, in the non-buried piezoelectric energy harvesting system according to an embodiment of the present invention, electrodes may be formed not only on the lower portion of the fluorine-based piezoelectric polymer layer but also on the upper portion.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템은 최상층에 미끄럼방지 포장재층이 구비된 것일 수 있다.In addition, the non-buried piezoelectric energy harvesting system according to an embodiment of the present invention may be provided with a non-slip packaging material layer on the uppermost layer.

상기 미끄럼방지 포장재층은, 외부 압력은 하부층으로 전달하면서 압전 에너지 하베스팅 시스템이 손상되는 것을 보호하는 동시에 자동차 등의 미끄럼을 방지하기 위한 것으로, 미끄럼방지 성능뿐만 아니라 차열 성능 또는 결빙 방지 성능 등이 더 부가된 것일 수 있다.The non-slip packaging material layer is to prevent the piezoelectric energy harvesting system from being damaged while transmitting external pressure to the lower layer and at the same time to prevent slipping of automobiles, etc. may be added.

일 구체예로, 상기 미끄럼방지 포장재층은 동일 출원인에 의해 등록된 등록특허 제10-2138777호의 도로포장용 도료 조성물로부터 형성된 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 미끄럼방지 포장재층은 35,000~50,000 g/mol의 중량평균분자량 및 35~50℃의 유리전이온도(Tg)를 가지는 실란 변성 아크릴 수지, 및 30,000~100,000 g/mol의 중량평균분자량을 가지는 불소 변성 아크릴 수지를 포함하는 수지 혼합물, 아크릴레이트계 단량체, 규사, 안료 및 경화촉진제를 포함하는 성능 개선 결합재 50~90 중량%; 중질탄산칼슘, 황산바륨, 산화칼륨, 규불화마그네슘, 파인세라믹 및 안료를 포함하는 개질 충전재 5~40 중량%; 결빙방지제 총 중량 중 염화나트륨 70~90 중량%, 염화칼슘 1~20 중량% 및 실리코네이트계 화합물 3~20 중량%를 포함하는 결빙방지제 1~20 중량%; 및 경화제 0.1~5 중량%;를 포함하는 도로포장용 도료 조성물로부터 형성된 것일 수 있다.In one embodiment, the non-slip pavement layer may be formed from the paint composition for road pavement of Patent Registration No. 10-2138777 registered by the same applicant. More specifically, the anti-slip packaging material layer is a silane-modified acrylic resin having a weight average molecular weight of 35,000 ~ 50,000 g / mol and a glass transition temperature (Tg) of 35 ~ 50 ℃, and a weight average molecular weight of 30,000 ~ 100,000 g / mol 50 to 90 wt% of a resin mixture comprising a fluorine-modified acrylic resin having 5 to 40% by weight of a modified filler comprising ground calcium carbonate, barium sulfate, potassium oxide, magnesium silicate, fine ceramics and pigment; 1 to 20% by weight of an antifreeze comprising 70 to 90% by weight of sodium chloride, 1 to 20% by weight of calcium chloride, and 3 to 20% by weight of a siliconate-based compound based on the total weight of the antifreeze; and 0.1 to 5 wt% of a curing agent; may be formed from a paint composition for road pavement comprising.

또 다른 일 구체예로, 상기 미끄럼방지 포장재층은 동일 출원인에 의해 출원된 특허 출원번호 제10-2020-0090312호의 도료 조성물로부터 형성된 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 미끄럼방지 포장재층은 30,000~100,000 g/mol의 중량평균분자량을 가지는 불소 변성 아크릴 수지, 아크릴레이트계 단량체, 규사, 안료 및 경화촉진제를 포함하는 성능 개선 결합재 30~60 중량%; 중질탄산칼슘, 황산바륨, 산화칼륨, 규불화마그네슘, 파인세라믹 및 안료를 포함하는 개질 충전재 10~50 중량%; 결빙방지제 총 중량 중 염화나트륨 70~90 중량%, 염화칼슘 1~20 중량% 및 실리코네이트계 화합물 3~20 중량%를 포함하는 결빙방지제 10~20 중량%; 개시제 0.5~3 중량%; 및 경화제 2~10 중량%;를 포함하는 도료 조성물로부터 형성된 것일 수 있다.In another embodiment, the non-slip packaging material layer may be formed from the coating composition of Patent Application No. 10-2020-0090312 filed by the same applicant. More specifically, the anti-slip packaging material layer is 30-60 wt% of a performance-improving binder comprising a fluorine-modified acrylic resin having a weight average molecular weight of 30,000 to 100,000 g/mol, an acrylate-based monomer, silica sand, a pigment, and a curing accelerator; 10 to 50% by weight of a modified filler comprising ground calcium carbonate, barium sulfate, potassium oxide, magnesium silicate, fine ceramics and a pigment; 10-20 wt% of an anti-icing agent comprising 70-90 wt% of sodium chloride, 1-20 wt% of calcium chloride and 3-20 wt% of a siliconate-based compound based on the total weight of the anti-icing agent; 0.5 to 3% by weight of an initiator; and 2 to 10 wt% of a curing agent; may be formed from a coating composition comprising a.

또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템을 이용하여 전기에너지를 수확하는 압전 기반 에너지 하베스팅 방법에 관한 것이다. 즉, 전술한 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템의 불소계 압전 고분자층에서 생성된 전력을 수확하는 방법에 관한 것으로, 상기 불소계 압전 고분자층은 진동, 굽힘 또는 하중 등의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하고, 이를 전극을 통해 배터리 등의 전력저장부에 저장하여 전기에너지를 수확할 수 있다.In addition, another aspect of the present invention relates to a piezoelectric-based energy harvesting method for harvesting electrical energy using the above-described non-buried piezoelectric energy harvesting system. That is, it relates to a method of harvesting power generated from the fluorine-based piezoelectric polymer layer of the above-described non-buried piezoelectric energy harvesting system, wherein the fluorine-based piezoelectric polymer layer converts mechanical energy such as vibration, bending or load into electrical energy, , it is possible to harvest electrical energy by storing it in a power storage unit such as a battery through an electrode.

한편, 본 발명의 또 다른 일 양태는 전술한 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템을 도로에 시공하는 단계;를 포함하는 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템의 시공 방법에 관한 것이다.On the other hand, another aspect of the present invention relates to a construction method of the non-buried piezoelectric energy harvesting system comprising; constructing the above-described non-buried piezoelectric energy harvesting system on a road.

이때, 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템 각 구성 요소의 성분 및 함량은 전술한 바와 동일함에 따라 중복 설명은 생략하며, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 상하부 전극 및/또는 불소계 압전 고분자층은 기 형성된 제품(불소계 압전 고분자 필름, 박막형 전극)을 사용하거나 도료 조성물(압전 도료 조성물, 전극용 도료 조성물)을 도포하여 형성될 수 있다.At this time, the components and contents of each component of the non-buried piezoelectric energy harvesting system are the same as described above, and thus a redundant description is omitted, and as shown in FIGS. 1 to 3, the upper and lower electrodes and/or the fluorine-based piezoelectric polymer layer are It may be formed by using a preformed product (a fluorine-based piezoelectric polymer film, a thin-film electrode) or by applying a coating composition (a piezoelectric coating composition, a coating composition for an electrode).

상기 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템은 스쿨존 또는 전력 공급 취약 구간에 시공되는 것일 수 있으며, 이때 전력 공급 취약 구간이란 곡선형 도로 등 전력 시스템 구축이 어려운 도로 구간을 의미하는 것일 수 있다.The non-buried piezoelectric energy harvesting system may be constructed in a school zone or a section with weak power supply, and the section with weak power supply may mean a road section in which it is difficult to construct an electric power system, such as a curved road.

이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 도료 조성물을 이용하여 시공된 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템과 이의 시공 방법, 및 이를 이용한 압전 기반 에너지 하베스팅 방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, an unburied piezoelectric energy harvesting system constructed using the coating composition according to the present invention, a construction method thereof, and a piezoelectric-based energy harvesting method using the same will be described in more detail below through examples. However, the following examples are only a reference for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used herein is for the purpose of effectively describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. In addition, the unit of additives not specifically described in the specification may be weight %.

[제조예][Production Example]

a) 전도성 탄소 접착제:a) Conductive Carbon Adhesive:

N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 폴리아닐린을 10 중량%의 농도로 용해시킨 후, 폴리아닐린 100 중량부 대비 탄소화합물 200 중량부를 혼합하여 전도성 탄소 접착제를 제조하였다. 이때, 상기 탄소화합물은 탄소나노튜브(CNT) : 환원된 그래핀 산화물(rGO)을 4 : 6의 중량비로 혼합하여 사용하였다.After dissolving polyaniline in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) at a concentration of 10% by weight, 200 parts by weight of a carbon compound relative to 100 parts by weight of polyaniline was mixed to prepare a conductive carbon adhesive. In this case, the carbon compound was used by mixing carbon nanotubes (CNT): reduced graphene oxide (rGO) in a weight ratio of 4:6.

b) 압전 도료 조성물:b) piezoelectric paint composition:

불화비닐리덴/트리플루오로에틸렌 공중합체(P(VDF-co-TrFE), TrFE/VDF = 20/80)를 메틸에틸케톤(MEK)에 용해시켜 고형분 20중량%의 용액을 제조하고, 공중합체 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브(CNT) 0.1 중량부 및 안료로 이산화티탄 12 중량부를 혼합하고 균일하게 혼합하여 압전 도료 조성물을 준비하였다.By dissolving vinylidene fluoride/trifluoroethylene copolymer (P(VDF-co-TrFE), TrFE/VDF = 20/80) in methyl ethyl ketone (MEK) to prepare a solution having a solid content of 20% by weight, the copolymer A piezoelectric coating composition was prepared by mixing 0.1 parts by weight of carbon nanotubes (CNT) and 12 parts by weight of titanium dioxide as a pigment based on 100 parts by weight and uniformly mixing.

c) 불소계 압전 고분자 필름:c) Fluorine-based piezoelectric polymer film:

상기 압전 도료 조성물은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)기판 상에 도포한 후 건조시켜 필름화한 후 박리시켜 불소계 압전 고분자 필름을 준비하였다.The piezoelectric paint composition was applied on a polyethylene terephthalate (PET) substrate, dried to form a film, and peeled to prepare a fluorine-based piezoelectric polymer film.

d) 전극용 도료 조성물:d) Paint composition for electrode:

N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 폴리아닐린을 10 중량%의 농도로 용해시킨 후, 폴리아닐린 100 중량부 대비 백금(Pt) 나노입자 80 중량부를 혼합하여 전극용 도료 조성물을 제조하였다.After dissolving polyaniline in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) at a concentration of 10% by weight, 80 parts by weight of platinum (Pt) nanoparticles were mixed with 100 parts by weight of polyaniline to prepare a coating composition for an electrode.

e) 미끄럼방지 도료 조성물:e) anti-slip paint composition:

동일 출원인에 의해 출원된 특허 출원번호 제10-2020-0090312호의 도료 조성물을 사용하였다.The coating composition of Patent Application No. 10-2020-0090312 filed by the same applicant was used.

구체적으로, 성능 개선 결합재 59 중량%, 개질 충전재 30 중량%, 결빙방지제 10 중량% 및 벤조일 퍼옥사이드(경화제) 1 중량%를 강제식 믹서로 3분간 교반하여 미끄럼방지 도료 조성물을 제조하였다.Specifically, 59% by weight of the performance-improving binder, 30% by weight of the modified filler, 10% by weight of the anti-freezing agent and 1% by weight of benzoyl peroxide (hardener) were stirred with a forced mixer for 3 minutes to prepare an anti-slip coating composition.

이때, 상기 성능 개선 결합재는 불소 변성 아크릴 수지 60 중량%, 2-에틸헥실아크릴레이트(2-EHA) 19 중량%, 인조규사 6호 20 중량%, 이산화티탄 0.5 중량% 및 n.n-디메틸 아닐린(DMA, 경화촉진제) 0.5 중량%를 혼합하여 제조하였으며, 상기 불소 변성 아크릴 수지는 하기 방법을 통해 제조하여 사용하였다.At this time, the performance-improving binder is 60% by weight of fluorine-modified acrylic resin, 19% by weight of 2-ethylhexyl acrylate (2-EHA), 20% by weight of artificial silica sand No. 6, 0.5% by weight of titanium dioxide and nn-dimethyl aniline (DMA) , curing accelerator) was prepared by mixing 0.5 wt%, and the fluorine-modified acrylic resin was prepared and used by the following method.

메틸메타아크릴레이트 단량체(MMA) 430 g(4.294 mol), n-부틸아크릴레이트 단량체(n-BA) 100 g(0.78 mol), 테트라히드로퍼푸릴메타크릴레이트 단량체(THFMA)180 g(1.058 mol), 2-히드록시에틸메타크릴레이트(2-HEMA) 100 g(0.768 mol) 및 트리플루오로에틸메타크릴레이트(TFEMA) 65 g(0.387 mol)을 혼합하고, 이 혼합물에 n-도데실머캅탄(n-DDM) 10 g을 첨가한 후 80 ~ 85℃로 승온하였다. 이어서 혼합물 총량 기준 2,2’-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴)(V-65) 2 중량%를 소분 투입하면서 95℃ 온도를 넘지 않는 발열에 주의하여 80 ~ 95℃ 사이에서 중합 합성한다. 반응 종료 후 혼합물 총량 기준 0.1 중량%의 2,6-디-t-부틸-4-메틸 페놀(BHT)을 투입하고 냉각하여 불소 변성 아크릴 수지를 수득하였다. 제조된 불소 변성 아크릴 수지는 중량평균분자량이 58,000 g/mol인 것을 확인하였다.Methyl methacrylate monomer (MMA) 430 g (4.294 mol), n-butyl acrylate monomer (n-BA) 100 g (0.78 mol), tetrahydrofurfuryl methacrylate monomer (THFMA) 180 g (1.058 mol) , 2-hydroxyethyl methacrylate (2-HEMA) 100 g (0.768 mol) and trifluoroethyl methacrylate (TFEMA) 65 g (0.387 mol) were mixed, and in this mixture n-dodecyl mercaptan ( n-DDM) 10 g was added, and the temperature was raised to 80 ~ 85 °C. Then, 2% by weight of 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile) (V-65) is added in small portions based on the total amount of the mixture and polymerized between 80 and 95°C, paying attention to the exothermic temperature not exceeding 95°C. synthesize After completion of the reaction, 0.1% by weight of 2,6-di-t-butyl-4-methyl phenol (BHT) based on the total amount of the mixture was added and cooled to obtain a fluorine-modified acrylic resin. It was confirmed that the prepared fluorine-modified acrylic resin had a weight average molecular weight of 58,000 g/mol.

또한, 상기 개질 충전재는 중질탄산칼슘 65 중량%, 황산바륨 5 중량%, 산화칼륨 5 중량%, 규불화마그네슘 5 중량%, 파인세라믹 5 중량%, 인조규사 6호 10 중량% 및 이산화티탄 5 중량%를 혼합하여 제조하였다.In addition, the modified filler is heavy calcium carbonate 65% by weight, barium sulfate 5% by weight, potassium oxide 5% by weight, magnesium silicofluoride 5% by weight, fine ceramic 5% by weight, artificial silica sand No. 6 10% by weight and titanium dioxide 5% by weight % was prepared by mixing.

상기 결빙방지제는 하기와 같이 제조하여 사용하였다. 먼저, 염화나트륨 80 중량%, 염화칼슘 10 중량% 및 소듐 메틸 실리코네이트(Na-MS) 10 중량%를 혼합한 후, 이 혼합물 20 g을 물 250 ㎖에 용해시켜 혼합용액을 제조하였다. 상기 혼합용액에 초산을 첨가하여 산도는 pH 4로 조절한 후 8시간 동안 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후 물을 건조시켜 결빙방지제를 수득하였다.The anti-freezing agent was prepared and used as follows. First, 80% by weight of sodium chloride, 10% by weight of calcium chloride and 10% by weight of sodium methyl silicate (Na-MS) were mixed, and then 20 g of the mixture was dissolved in 250 ml of water to prepare a mixed solution. Acetic acid was added to the mixed solution to adjust the acidity to pH 4, and then stirred for 8 hours to react. After completion of the reaction, the water was dried to obtain an anti-freeze agent.

[실시예 1] [Example 1]

아스팔트 도로 시편 상에 우레탄 접착제를 도포한 후 박막형 백금(Pt)(하부전극)을 접착한 후, 그 위에 전도성 탄소 접착제를 도포한 후 불소계 압전 고분자 필름을 접착하였다. 동일하게 불소계 압전 고분자 필름 위에 전도성 탄소 접착제를 도포한 후 박막형 백금(Pt)(상부전극)을 접착하였다. 그 위로 미끄럼방지 도료 조성물을 도포한 후 건조시켜, 도 1과 같은 형태의 압전 기반 에너지 하베스팅 시스템 샘플을 제작하였다.After applying a urethane adhesive on an asphalt road specimen, a thin-film platinum (Pt) (lower electrode) was adhered, a conductive carbon adhesive was applied thereon, and then a fluorine-based piezoelectric polymer film was adhered. Similarly, a conductive carbon adhesive was applied on the fluorine-based piezoelectric polymer film, and then thin-film platinum (Pt) (upper electrode) was adhered. A piezoelectric-based energy harvesting system sample of the form shown in FIG. 1 was prepared by applying an anti-slip coating composition thereon and drying it.

[실시예 2][Example 2]

아스팔트 도로 시편 상에 전극용 도료 조성물을 도포한 후 건조시켜 하부전극을 형성한 후, 그 위로 압전 도료 조성물을 도포한 후 건조시켜 불소계 압전 고분자층을 형성하였다. 상기 압전 고분자층 상에 전극용 도료 조성물을 도포한 후 건조시켜 상부전극을 형성한 후, 위로 미끄럼방지 도료 조성물을 도포한 후 건조시켜 도 2와 같은 형태의 압전 기반 에너지 하베스팅 시스템 샘플을 제작하였다.After coating the electrode coating composition on the asphalt road specimen and drying it to form a lower electrode, the piezoelectric coating composition was applied thereon and then dried to form a fluorine-based piezoelectric polymer layer. After coating the coating composition for electrodes on the piezoelectric polymer layer and drying it to form an upper electrode, an anti-slip coating composition was applied to the top and dried to prepare a sample of a piezoelectric-based energy harvesting system as shown in FIG. 2 .

[실시예 3][Example 3]

아스팔트 도로 시편 상에 전극용 도료 조성물(하부전극용)을 도포한 후 불소계 압전 고분자 필름을 접착하였다. 상기 압전 고분자층 상에 전극용 도료 조성물을 도포한 후 건조시켜 상부전극을 형성한 후, 위로 미끄럼방지 도료 조성물을 도포한 후 건조시켜 도 3과 같은 형태의 압전 기반 에너지 하베스팅 시스템 샘플을 제작하였다.After coating the electrode paint composition (for lower electrode) on the asphalt road specimen, a fluorine-based piezoelectric polymer film was adhered. After coating the coating composition for electrodes on the piezoelectric polymer layer and drying it to form an upper electrode, an anti-slip coating composition was applied upward and then dried to prepare a sample of a piezoelectric-based energy harvesting system as shown in FIG. 3 . .

상기에서 각각 제조된 압전 기반 에너지 하베스팅 시스템 샘플에 일정 이상의 압력을 가하여 전기적 물성을 평가하였다. 그 결과 상기 압전 기반 에너지 하베스팅 시스템 샘플에 별 다른 전원을 공급하지 않아도 100 V 이상의 전압이 생성되는 것을 확인할 수 있었다.Electrical properties were evaluated by applying a pressure above a certain level to each of the piezoelectric-based energy harvesting system samples prepared above. As a result, it was confirmed that a voltage of 100 V or more was generated without any other power supply to the sample of the piezoelectric-based energy harvesting system.

이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described through the specific matters and limited examples as described above, these are provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above examples, and the present invention pertains to Various modifications and variations are possible from these descriptions by those of ordinary skill in the art.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and not only the claims to be described later, but also all those with equivalent or equivalent modifications to the claims will be said to belong to the scope of the spirit of the present invention. .

Claims (9)

도로 굴착 없이 비매설형으로 도로의 표면 상에 시공되는 압전 에너지 하베스팅 시스템으로,
상기 압전 에너지 하베스팅 시스템은 불소계 압전 고분자 100 중량부에 대하여, 무기 필러 0.001 내지 10 중량부, 안료 0.01 내지 10 중량부 및 용매 50 내지 1000 중량부 미만을 포함하는 압전 도료 조성물로부터 제조된 불소계 압전 고분자층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템.
It is a piezoelectric energy harvesting system that is built on the surface of the road without road excavation.
The piezoelectric energy harvesting system is a fluorine-based piezoelectric polymer prepared from a piezoelectric coating composition comprising 0.001 to 10 parts by weight of an inorganic filler, 0.01 to 10 parts by weight of a pigment, and 50 to less than 1000 parts by weight of a solvent based on 100 parts by weight of the fluorine-based piezoelectric polymer. An unburied piezoelectric energy harvesting system, characterized in that it comprises a layer.
제 1항에 있어서,
상기 불소계 압전 고분자층은 압전 에너지 하베스팅 시스템 시공 시 압전 도료 조성물을 전극 상에 도포한 후 건조시켜 제조된 것인, 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템.
The method of claim 1,
The fluorine-based piezoelectric polymer layer is a piezoelectric energy harvesting system, which is manufactured by applying a piezoelectric paint composition on an electrode during construction of the piezoelectric energy harvesting system and drying it.
제 1항에 있어서,
상기 불소계 압전 고분자층은 압전 도료 조성물을 기재 상에 도포 및 건조시켜 필름화한 후, 불소계 압전 고분자 필름을 전극 상에 접착시켜 제조된 것인, 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템.
The method of claim 1,
The fluorine-based piezoelectric polymer layer is prepared by coating and drying a piezoelectric coating composition on a substrate to form a film, and then adhering a fluorine-based piezoelectric polymer film on an electrode.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 전극은 압전 에너지 하베스팅 시스템 시공 시 전극용 도료 조성물을 도로 상에 도포한 후 건조시켜 제조된 것인, 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템.
4. The method of claim 2 or 3,
The electrode is a non-buried piezoelectric energy harvesting system that is manufactured by applying a coating composition for an electrode on a road during construction of the piezoelectric energy harvesting system and drying it.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 전극은 박막형 전극을 도로 상에 접착시킨 것인, 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템.
4. The method of claim 2 or 3,
The electrode is an unburied piezoelectric energy harvesting system that is a thin film electrode attached to the road.
제 1항에 있어서,
상기 무기 필러는 세라믹 필러, 탄소계 전도성 필러 또는 이들의 혼합물인, 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템.
The method of claim 1,
The inorganic filler is a ceramic filler, a carbon-based conductive filler, or a mixture thereof, an unembedded piezoelectric energy harvesting system.
제 1항의 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템을 이용하여 전기에너지를 수확하는, 압전 기반 에너지 하베스팅 방법.
A piezoelectric-based energy harvesting method for harvesting electrical energy using the piezoelectric energy harvesting system of claim 1 .
제 1항의 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템을 도로에 시공하는 단계;를 포함하는 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템의 시공 방법.
The construction method of a non-buried piezoelectric energy harvesting system comprising; constructing the non-buried piezoelectric energy harvesting system of claim 1 on a road.
제 8항에 있어서,
상기 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템은 스쿨존 또는 전력 공급 취약 구간에 시공되는 것인, 비매설형 압전 에너지 하베스팅 시스템의 시공 방법.
9. The method of claim 8,
The non-buried piezoelectric energy harvesting system is a construction method of a non-buried piezoelectric energy harvesting system to be constructed in a school zone or a weak power supply section.
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