En ultraljudstransducer är ett välkänt instrument inom medicintekniska industrin. Det finns flera olika typer av transducers med varierande egenskaper. Ett gemensamt mål med dessa transducers är diagnostisering, behandling samt uppföljning av behandlingen. Projektet gick ut på att utforska gränserna för hur små en transducer kan skapas samt hur dessa presterar. Dessutom är projektet en fortsättning på ett tidigare exjobb som utfördes våren 2021. Syftet är att expandera på förra arbetets omfång där det lämnade samt att förbättra de befintliga resultaten. Transducern i fråga har en simpel modell med ett hölje, piezoelektrik kristall, backing layer samt matching layer. I rapporten ingår konstruktionsprocessen och testning av den konstruerade transducern samt analysering av påverkan av olika backing layers med varierande järnpulver/lim-förhållanden. Resultatet visar att det är fullt möjligt att producera en miniatyr transducer med syfte att kunna sända ut signaler samt registrera reflekterande ekon. Det som huvudsakligen begränsar storleken på transducern är brist på alternativ av verktyg och instrument för hantering av beståndsdelar i minimal storlek med hög precision. Resultatet visar även att backing layer med högre koncentration av järnpulver gav reducerade pulser i olika grader för samtliga signaler. / An ultrasound transducer is a well-known device within the medical industry. There are numerous types of transducers with varying traits. One common goal with transducers is diagnosing, treatment as well as monitoring of said treatment. The purpose of the project was to explore the boundaries for how small a transducer can be manufactured as well as how it performs. The transducer in question has a case containing a piezoelectric crystal, as well as a backing layer and a matching layer. Furthermore, this project is a continuation of a previous job done in spring of 2021. The purpose is to expand where the last project left off as well as improving the existent results. The report includes processes regarding construction and tests of the constructed transducer in question as well as analysis of the effect of different backing layers with varying iron powder/glue-relationships. The result demonstrates high possibility to producea miniature transducer with the purpose of emitting signals as well as registering returning echoes. The main limiting factor of the transducers size is the lack of options for tools and instruments for handling components with minimal size using high precision. The results further show that backing layers containing higher concentration of iron powder gave reduced pulses to different extents for all signals.

Lead-based piezoelectric materials, such as PbZrxTi1-xO3 (PZT), have attracted considerable attention and have been widely used in actuators, sensors and transducers due to their excellent electric properties. However, considering the toxicity of lead and its oxides, environmentally friendly lead-free piezoelectric materials are attracting more attention as potential replacements for PZT. Among them, Bi0.5Na0.5TiO3 (BNT)-based materials exhibit good electrical properties and electromechanical coupling response. In this work, the 0.97Bi0.5Na0.5TiO3-0.03BiAlO3 (BNTBA) thin films (~120 nm thickness) were successfully prepared using the pulsed laser deposition (PLD) method on Pt/TiO2/SiO2/Si substrates. The effects of substrate temperature, oxygen pressure, laser repetition rate, and post-annealing treatment were investigated. X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM) are used to study the structure of the films and the ferroelectric and dielectric properties are measured. The results show that it is necessary to introduce excess sodium and bismuth to compensate for their evaporation in further thermal treatment. The values of remnant polarization increase from 8.7 μC/cm2 to 12.3 μC/cm2 with the introduction BiAlO3. The dielectric constant increases from 600-550 to 710-600 and the dielectric loss increases from 4.2% to 6.7% at higher frequency when the oxygen pressure increases from 20 Pa to 30 Pa. / Blybaserade piezoelektriska material, såsom PbZrxTi1-xO3 (PZT), har väckt stor uppmärksamhet och har använts i stor utsträckning på grund av deras utmärkta elektriska egenskaper. Men med tanke på toxiciteten hos bly och dess oxider lockar miljövänliga blyfria piezoelektriska material mer uppmärksamhet från forskare som potentiella utbyten för PZT. Bland dem uppvisar Bi0.5Na0.5TiO3 (BNT) -baserade material bra elektriska egenskaper och elektromekanisk kopplingssvar. I detta arbete framställdes 0,97Bi0.5Na0.5TiO3-0.03BiAlO3 (BNTBA) tunna filmer (~ 120 nm tjocklek) med användning av pulserad laseravsättningsmetod på Pt / TiO2 / SiO2 / Si-substrat. Effekterna av substrattemperatur, syretryck, laserrepetitionshastighet och efterglödande behandling undersöktes. Röntgendiffraktions (XRD) och skanningelektronmikroskop (SEM) används för att studera filmens struktur och de ferroelektriska och dielektriska egenskaperna mäts. Resultaten visar att det är nödvändigt att införa överskott av natrium och vismut för att kompensera för deras avdunstning vid vidare termisk behandling. Värdena för återstående polarisation ökar från 8,7 μC / cm2 till 12,3 μC / cm2 med introduktionen BiAlO3. Den dielektriska konstanten ökar från 600-550 till 710-600 och den dielektriska förlusten ökar från 4,2% till 6,7% vid högre frekvens när syretrycket ökar från 20 Pa till 30 Pa.

På grund av det rådande miljöhotet så bör fokus för forskning och utveckling i ämnet riktas åt att utnyttja så många förnybara energikällor som möjligt, samt även optimera dessa för största möjliga energiupptagning. Vind, vatten och solljus är välkända och väl utformade källor för energi. Huruvida vatten i form av regn kan utnyttjas och dess potential kommer studeras i det här arbetet. Materialval och konstruktionslösningar står i centrum för arbetet. Vidare så studeras dess bakgrunder för utvinningsmetoderna och dess grundläggande principer tas upp för att skapa en bättre förståelse för möjligheterna att utnyttja tekniken. Fortsättningsvis så har rådande potentiella användningsområden och kommande utmaningar diskuterats utförligt. / Because of the prevailing environmental threat, focus for research and development in the subject should aim towards taking advantage of as many renewable energy sources as possible aswell as optimizing them to convert as much energy as possible. All renewable energy must be utilized, but above all, also optimized. Wind, water and sunlight are well-known and well-designed sources of energy. Whether water in the form of rain can be utilized and its potential as a sustainable commercial method will be studied in this paper. Material selection and design solutions are at the heart of the work. Furthermore, its backgrounds for the extraction methods are studied and its basic principles are addressed to create a better understanding of the possibilities of utilizing the technology. Moreover, the current potential uses and future challenges have been discussed in detail.

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.

Structural health monitoring (SHM) is damage detection strategy for aerospace, civiland mechanical infrastructure. This project tries to show that Lamb waves, that are being generated and sensed with piezoelectric transducers, can be used for damage detection in a SHM system. For these piezoelectric transducers to work, filtering and amplification circuits needs to be connected to them. This report include the design,simulation, assembly and testing of these circuits. Due to lack of time, it was not possible to generate and sense actual Lamb waves. The result of the thesis is thatsimulations and tests show that it is possible to generate and sense Lamb waves for damage detection in a SHM system / Structural health monitoring (SHM) är en skadedetekteringsstrategi för flyg-,civil- och mekanisk infrastruktur. Detta projekt försöker visa att Lambvågor, som genereras och avkänns med piezoelektriska givare, kan användas för skadedetektering i ett SHM-system. För att dessa piezoelektriska givare ska fungera krävs att filtrerings- och förstärkningskretsar är anslutna till dem. Denna rapport inkluderar design, simulering, montering och testning av dessa kretsar. På grund av tidsbrist var det inte möjligt att generera eller avkänna Lambvågor. Resultatet av examensarbetet är att simuleringar och tester visar att det är möjligt att generera och avkänna Lambvågor för skadedetektering i ett SHM-system.