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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-344666 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Fu, Yujie |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2023:564 |
Page generated in 0.002 seconds