Аннотация результатов, полученных в 2024 году
На втором году реализации проекта исследовательские группы сосредоточились на разработке не создающих помех и высокоэффективных гибких датчиков для измерения температуры, газа и давления. К концу второго года удалось достичь следующих ключевых результатов: (1) создан датчик температуры на гетеропереходе, резистивный датчик давления на основе металл-органических каркасов (МОF) и слоистых полупроводников без взаимной интерференции; (2) разработан интегрированный стек датчиков газа, давления и температуры на основе МОF, максенов и слоистых полупроводников; (3) внедрены технологии лазерной обработки материалов для их интеграции в сенсорные устройства; (4) изучены фундаментальные механизмы лазерной обработки различных слоистых материалов. Российская часть команды уделила особое внимание созданию механически стабильных гибких электродов, используя лазерную интеграцию материалов, таких как металлические наночастицы, и улучшению адгезии чувствительных покрытий. Оптимизация электродов позволила достичь высокой электропроводности и механической прочности при минимальных размерах, однако были выявлены проблемы с растрескиванием, которые предстоит решить для повышения стабильности сопротивления. Помимо отдельных электродов, исследовалась возможность комбинирования различных материалов для создания полностью обработанных лазером сенсорных платформ. Комбинации материалов, такие как Cu/Ni, Cu/восстановленный оксид графена, Cu/MoS2 и композит Cu/углерод-Cu, использовались для изготовления датчиков температуры, давления и газа. Термопары Cu/Ni продемонстрировали высочайшую чувствительность — 14,6 мкВ на 1 °C. Также была успешно разработана 5-канальная линейка термопар с независимым считыванием данных. Для улучшения механической стабильности максенов применялся лазерный отжиг в среде без доступа воздуха. Этот метод значительно повысил адгезию максенов к подложкам из стекла и ТПУ, а также снизил их окисление. В результате полученные интерфейсы продемонстрировали высокую электропроводность и стабильность даже при длительном воздействии высокой влажности, что делает их перспективными для применения в электронике и сенсорах. При интеграции двумерных полупроводников проводилось декорирование слоев MoS2 металлическими наночастицами и оксидами металлов. В ходе исследований было выявлено травление MoS2 под воздействием света, вызванное активными формами кислорода, образующимися в результате реакции Фентона и подобных ей реакций. В области газового зондирования, обработанный лазером металлоорганический каркас ZIF-8 не показал значительной реакции на такие газы, как сероводород и монооксид азота. Однако его интеграция в фотонные кристаллы позволила обнаруживать пары этанола, ацетона и других растворителей благодаря изменению оптических свойств кристаллов. На данный момент результаты работы описаны в трех опубликованных статьях, еще две поданы в журналы. Эти публикации подчеркивают потенциал технологий лазерной обработки для продвижения сенсорных технологий в таких областях, как "умная кожа" и обнаружение газов.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В отчетном году был проведен комплекс исследований, направленных на разработку и экспериментальную реализацию многофункциональной сенсорной системы, объединяющей регистрацию температуры, давления и определенных газов, а также на изучение фундаментальных процессов лазерной модификации 2D материалов. Работы сочетали как прикладные, так и фундаментальные аспекты - от создания стабильных электропроводящих структур до раскрытия механизмов фотохимических процессов. Для реализации сенсора давления был реализован лазерно-индуцированный композит (ЛИК) на основе медных наночастиц (НЧ) и полиэтилентерефталата (PET). Установлено, что при низкой скорости и высокой мощности облучения формировались плотные слои со спеченными или инкапсулированными Cu НЧ, отличающимися высокой адгезией и стабильностью при климатических испытаниях. Эти результаты подтвердили гипотезу проекта о возможности повышения долговечности сенсорных структур за счет целенаправленной лазерной модификации. На основе разработанных ЛИК был создан совмещенный стек термопары и емкостного сенсора давления. Использование общего Cu ЛИК электрода позволило объединить термоэлектрический и емкостный принципы измерения без значимой взаимной интерференции. Принцип формирования стека решает одну из ключевых задач проекта - создание интегрированных сенсоров без перекрестных помех между физическими каналами. Для разработки третьего, газового сенсора была использована комбинация материалов MoS2/оксид графена. Также с помощью лазерной обработки этих материалов были реализованы чувствительные элементы, демонстрирующие воспроизводимый отклик на пары этанола и воды. Установлено, что форма электрода, состав активного слоя и ширина межэлектродного зазора существенно влияют на отклик. Сенсоры показали максимальную чувствительность при температуре около 50 °С, что связано с балансом между сорбцией и десорбцией газовых молекул. Для компенсации влияния температуры предложено использовать поправочные коэффициенты, обеспечивающие стабильность измерений в составе интегрированного стека. Фундаментальные исследования фотохимической модификации MoS2 позволили подтвердить и уточнить механизм лазерно-индуцированного травления в водных растворах солей металлов. Показано, что облучение MoS2 в растворе FeCl3 инициирует реакцию Фентона с генерацией активных радикалов -OH и •O2–, что приводит к ускоренному травлению материала при низких плотностях мощности излучения. Электронный парамагнитный резонанс подтвердил образование радикалов. Также установлено образование НЧ оксидов железа при фотохимической обработке, что обеспечивает дополнительную каталитическую активность. Процесс может быть адаптирован для использования CuSO4 в качестве прекурсора с формированием оксидов меди, показывая универсальность подхода. В направлении исследования максенов Ti3C2Tх проведена оптимизация процесса лазерно-индуцированного обратного переноса, позволяющего получать механически стабильные проводящие слои максенов с высокой механической стойкостью. Обнаружено протекание процесса типа формирования карбид-производного углерода (CDC), создающего защитный слой и повышающую стойкость материала. Стабильность материала проверена в условиях термоциклирования и по стандарту ASTM D3359. Полученные материалы были использованы для изготовления нагревателя и сенсора дыхания. В результате, комплекс работ показал состоятельность и универсальность подхода лазерной обработки материалов не только для увеличения механической и химической стабильности структур, но и для реализации стека устройств с минимальными перекрестными помехами. Полученные важные фундаментальные результаты, описывающие ранее не исследованные процессы лазерной модификации наноматериалов. В отчетном году результаты проекта опубликованы в трех статьях в журналах первого квартиля (Q1), еще одна работа подана в журнал Q1. Представлено шесть устных докладов (в том числе четыре приглашенных) на российских и международных конференциях, что подтверждает высокий научный и технологический уровень полученных результатов.