处理完成 综述：太赫兹湿度传感的材料与策略

本文综述了太赫兹(THz)湿度传感技术的最新进展，重点介绍了可持续和生物降解材料的应用。THz传感具有无接触、高分辨率、材料选择性好等优势，在工业控制、食品保鲜、医疗诊断和环境监测等领域具有重要应用价值。文章详细分析了各种 sensing mechanisms 和材料特性，为绿色传感技术的发展提供了重要参考。

　　

太赫兹湿度传感的材料与策略

引言

在生物医学、工业和环境领域，精确的湿度监测至关重要，因为它直接影响效率、质量和安全。传统湿度传感器基于电阻、电容、阻抗等机制，但常使用有害的非生物降解材料如铅、镉和汞，对环境和人体健康造成危害。相比之下，太赫兹(THz)湿度传感器具有非接触、非侵入性测量能力，通过与水分子振动和转动模式的特殊相互作用，提供材料特异性的敏感性，实现快速、实时、高灵敏度的湿度检测。

基础理论

太赫兹光谱范围介于红外和微波区域之间，波长为3 mm至30 μm，频率为0.1至10 THz。THz辐射是非电离的，具有独特的量子和电子特性，因其历史上的产生和探测挑战被称为"太赫兹间隙"。它对振动跃迁、低频声子激发和分子间相互作用特别敏感，使其成为探测材料和环境特性的有力工具。

用于THz湿度传感器的可持续材料

可持续材料关注环保、生物降解和低损耗组件，实现了灵活、高性能和生态意识的传感平台。重要组成部分包括接枝在聚合物膜上的亲水共聚物刷和其他表面改性多孔聚合物，可在25-99% RH范围内提供紧凑、廉价和高灵敏度的检测，检测限低至约1% RH。

天然聚合物中最普遍的是纤维素，由于其亲水性、机械稳定性、生物降解性和可再生性，成为环保型湿度传感器的主要候选材料。此外，明胶和其他生物相容性蛋白质因其优异的生物降解性、快速反应时间和宽操作范围，在农业和健康监测方面具有广泛应用。

前沿和未来方向

对可持续性而不牺牲性能的需求正在推动绿色材料集成到THz器件制造中的快速发展。生物降解聚合物如纤维素、壳聚糖和丝素蛋白被用作基底和介电层，因为它们具有低THz吸收和良好的机械性能，适用于可穿戴和环保应用。

结论

本综述全面分析了THz湿度传感的最新发展，重点关注天然和可持续材料。文章考察了基本概念和先进的传感机制，包括微钻结构、二极管模块、共面波导和聚合物-碳复合材料，通过比较敏感性、线性范围、响应时间和检测限等重要指标，展示了材料特性和器件架构如何影响传感器性能。文章还批判性地分析了大规模制造、长期性能和材料稳定性等问题，为开发适应性强、价格合理且环保的THz湿度传感器提供了未来方向。