Diphenylalanine peptide (Phe-Phe or FF) is a very promising bio-material in the future wearable electronics application due to its self-assembly into nanotubes and nanoribbons with high shear piezoelectric coefficient which is comparable to traditional inorganic piezoelectric materials. In order to efficiently harvest piezoelectric response, alignment and unidirectional polarization of FF nanotubes are required. Most prior works show that there mainly two methods to achieve the alignment and unidirectional polarization. They are epitaxial growth and meniscus-driven dip-coating. However, they still have some disadvantages like low productivity or harsh conditions. In this work, we use inkjet printing technology to develop a scalable, programmable and patterns designable process for the fabrication of FF nanotubes. Most prior works use toxic solvent 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol (HFIP) to dissolve FF peptide. In our work, the ink only contains sustainable and ecofriendly solvent like acetic acid and ethylene glycol. In the inkjet printing process, patterns can be perfectly printed on the substrate of graphene and ethyl cellulose. The direction and length of FF nanoribbons are controllable. Aligned FF nanoribbons can be observed in the printed devices. Orthorhombic crystal structure is characterized by SEM and XRD. The piezoelectric performance of the device with aligned FF nanoribbons is much higher than the random FF based devices. The FF piezoelectric nanogenerator generates voltage, current, and power density of up to 1.49 V, 10.5 nA, and 4.4 nW/cm2, respectively, under a force of 50 N. Our results show the promising future of FF-based piezoelectric devices in self-powered and wearable electronics application. / Diphenylalanine peptide (Phe-Phe eller FF) är ett mycket lovande biomaterial i den framtida bärbara elektronikapplikationen pågrund av dess självmontering till nanorör och nanorband med hög piezoelektrisk koefficient som är jämförbar med traditionella oorganiska piezoelektriska material. För att effektivt skörda piezoelektrisk respons krävs inriktning och enkelriktad polarisering av FF-nanorör. De flesta tidigare arbeten visar att det huvudsakligen finns tvåmetoder för att uppnå inriktning och enkelriktad polarisering. De är epitaxiell tillväxt och menisk-driven dopp-beläggning. Men de har fortfarande vissa nackdelar som låg produktivitet eller svåra förhållanden. I detta arbete använder vi bläckstråleutskriftsteknik för att utveckla en skalbar, programmerbar och mönsterdesignbar process för tillverkning av FF-nanorör. De flesta tidigare verk använder giftigt lösningsmedel 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol (HFIP) för att lösa upp FF-peptid. I vårt arbete innehåller bläcket endast hållbara och miljövänliga lösningsmedel som ättiksyra och etylenglykol. I bläckstråleutskriftsprocessen kan mönster tryckas perfekt på substratet av grafen och etylcellulosa. Riktningen och längden på FF nanoband är kontrollerbara. Justerade FF-nanoband kan observeras i de utskrivna enheterna. Ortorhombisk kristallstruktur kännetecknas av SEM och XRD. Den piezoelektriska prestandan hos enheten med justerade FF-nanoband är mycket högre än de slumpmässiga FF-baserade enheterna. FF piezoelektriska nanogeneratorn genererar spänning, ström och effekttäthet på upp till 1,49 V, 10,5 nA respektive 4,4 nW/cm2 med en kraft på 50 N. Våra resultat visar den lovande framtiden för FF-baserade piezoelektriska enheter i sig själv -driven och bärbar elektronikapplikation.

Diphenylalanine peptide (Phe-Phe or FF) is a very promising bio-material in the future wearable electronics application due to its self-assembly into nanotubes and nanoribbons with high shear piezoelectric coefficient which is comparable to traditional inorganic piezoelectric materials. In order to efficiently harvest piezoelectric response, alignment and unidirectional polarization of FF nanotubes are required. Most prior works show that there mainly two methods to achieve the alignment and unidirectional polarization. They are epitaxial growth and meniscus-driven dipcoating. However, they still have some disadvantages like low productivity or harsh conditions. In this work, we use inkjet printing technology to develop a scalable, programmable and patterns designable process for the fabrication of FF nanotubes. Most prior works use toxic solvent 1,1,1,3,3,3-hexafluoro2-propanol (HFIP) to dissolve FF peptide. In our work, the ink only contains sustainable and ecofriendly solvent like acetic acid and ethylene glycol. In the inkjet printing process, patterns can be perfectly printed on the substrate of graphene and ethyl cellulose. The direction and length of FF nanoribbons are controllable. Aligned FF nanoribbons can be observed in the printed devices. Orthorhombic crystal structure is characterized by SEM and XRD. The piezoelectric performance of the device with aligned FF nanoribbons is much higher than the random FF based devices. The FF piezoelectric nanogenerator generates voltage, current, and power density of up to 1.49 V, 10.5 nA, and 4.4 nW/cm2, respectively, under a force of 50 N. Our results show the promising future of FFbased piezoelectric devices in self-powered and wearable electronics application. / Diphenylalanine peptide (Phe-Phe eller FF) är ett mycket lovande biomaterial i den framtida bärbara elektronikapplikationen på grund av dess självmontering till nanorör och nanorband med hög piezoelektrisk koefficient som är jämförbar med traditionella oorganiska piezoelektriska material. För att effektivt skörda piezoelektrisk respons krävs inriktning och enkelriktad polarisering av FFnanorör. De flesta tidigare arbeten visar att det huvudsakligen finns två metoder för att uppnå inriktning och enkelriktad polarisering. De är epitaxiell tillväxt och menisk-driven dopp-beläggning. Men de har fortfarande vissa nackdelar som låg produktivitet eller svåra förhållanden. I detta arbete använder vi bläckstråleutskriftsteknik för att utveckla en skalbar, programmerbar och mönsterdesignbar process för tillverkning av FF-nanorör. De flesta tidigare verk använder giftigt lösningsmedel 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol (HFIP) för att lösa upp FF-peptid. I vårt arbete innehåller bläcket endast hållbara och miljövänliga lösningsmedel som ättiksyra och etylenglykol. I bläckstråleutskriftsprocessen kan mönster tryckas perfekt på substratet av grafen och etylcellulosa. Riktningen och längden på FF nanoband är kontrollerbara. Justerade FF-nanoband kan observeras i de utskrivna enheterna. Ortorhombisk kristallstruktur kännetecknas av SEM och XRD. Den piezoelektriska prestandan hos enheten med justerade FF-nanoband är mycket högre än de slumpmässiga FF-baserade enheterna. FF piezoelektriska nanogeneratorn genererar spänning, ström och effekttäthet på upp till 1,49 V, 10,5 nA respektive 4,4 nW/cm2 med en kraft på 50 N. Våra resultat visar den lovande framtiden för FF-baserade piezoelektriska enheter i sig själv -driven och bärbar elektronikapplikation.

The project is about piezoelectric energy harvesters and piezoelectric bio-organic materials.Nowadays, various kinds of energy harvesters based on micro or nano materials are appliedinmanyelectronic applications, such as wearable devices and electricity generators. Amongthem, thepiezoelectric effect-based energy harvesters are more attractive in research and industryfields. Inrecent years, piezoelectric biomaterials become a popular option because they are availabletocouple electrical and mechanical energy in a biological, ecofriendly systemto generate electricityinreal time. Among them, γ- glycine crystals have been recently synthesized in wafer scale throughasimple polyvinyl alcohol (PVA)-assisted evaporation process exhibiting good piezoelectricperformance. However, so far there are no metal-free energy-harvesting devices basedonPVA-glycine film to enable green manufacturing. In this project, we proposed the direct inkwritingorganic PEDOT:PSS electrodes and PVA-glycine-PVA piezoelectric crystals to fabricate metal-freeenergy harvesters. The output voltage reaches 1.5 V at a load resistance of 500 MΩandunderaforce of 10 N. The performance is comparable to other glycine-based devices in recent literature.Our scalable, sustainable and low-cost printing process is expected to greatly contribute tothefieldof biomaterials-based piezoelectric energy harvesting. / Projektet handlar om piezoelektriska energiskördare och piezoelektriska bioorganiska material. Nuförtiden används olika typer av energiskördare baserade på mikro- eller nanomaterial i mångaelektroniska applikationer, såsom bärbara enheter och elgeneratorer. Bland dem är de piezoelektriskaeffektbaserade energiskördarna mer attraktiva inom forsknings- och industriområden. På senare år harpiezoelektriska biomaterial blivit ett populärt alternativ eftersom de är tillgängliga för att koppla elektrisk och mekanisk energi i ett biologiskt, miljövänligt system för att generera elektricitet i realtid. Bland dem har γ-glycinkristaller nyligen syntetiserats i waferskala genom en enkel polyvinylalkohol (PVA)-assisterad förångningsprocess som uppvisar god piezoelektrisk prestanda. Än så länge finnsdet dock inga metallfria energiskördande enheter baserade på PVA-glycinfilm för att möjliggöra gröntillverkning. I detta projekt föreslog vi direkt bläckskrivande organiska PEDOT:PSS-elektroder ochPVA-glycin-PVA piezoelektriska kristaller för att tillverka metallfria energiskördare. Utspänningennår1,5 V vid en belastningsresistans på 500 MΩ och under en kraft på 10 N. Prestandan är jämförbar medandra glycinbaserade enheter i nyare litteratur. Vår skalbara, hållbara och billiga utskriftsprocess förväntas i hög grad bidra till området för biomaterialbaserad piezoelektrisk energiskörd.