Терагерцовые технологии (ТГц) открывают огромные возможности — от сверхбыстрой беспроводной связи до медицинской диагностики, сканеров безопасности и квантовых сенсоров. Но чтобы раскрыть их потенциал, нужны материалы, которые не только эффективны, но и экологичны.

Группа ученых из Инженерного колледжа текстиля и одежды Университета Сучжоу под руководством профессора Хуалин Хэ опубликовала в издании Nano-Micro Letters обзор, где показала, как «зеленые» материалы могут стать основой для ТГц-устройств.

Почему терагерц так важен? Этот диапазон (0,1–10 ТГц) находится между микроволнами и инфракрасным излучением и позволяет делать то, что раньше было невозможно: безопасно сканировать ткани, передавать данные на огромных скоростях, точно анализировать вещества. Но проблема в том, что современные ТГц-компоненты делают из токсичных полупроводников, дорогих металлов и редких кристаллов. Это дорого и вредно для экологии. Пора переходить на биоразлагаемые и доступные материалы.

Какие материалы уже используют

• Углеродные: графен, углеродные нанотрубки, углерод из биомассы — они хорошо проводят ток, их свойства можно настраивать, они легкие и гибкие, что идеально для носимой электроники.
• Натуральные полимеры: целлюлоза, хитин, шелк — разлагаются в природе, почти не поглощают ТГц-излучение и отлично подходят для подложек микросхем.
• Металлоорганические каркасы (MOF) и перовскиты: их пористые структуры помогают создавать перестраиваемые ТГц-источники с минимальным вредом для среды.
• Оксиды (ZnO, TiO₂): их можно перерабатывать, они биосовместимы и подходят для детекторов и излучателей.

Какие устройства уже делают

• Излучатели на основе графена или композитов — генерируют ТГц-волны даже при малой мощности.
• Детекторы из шелка или целлюлозы — улавливают слабые сигналы в широком диапазоне.
• Модуляторы и фильтры на биопленках — управляют ТГц-волнами в реальном времени.
• Волноводы и метаповерхности из бумаги или биоразлагаемого пластика — направляют излучение с минимальными потерями.

Что мешает

• Материалы пока нестабильны в долгосрочной перспективе.
• Их сложно интегрировать с кремниевой электроникой.
• Нет точных данных, насколько они действительно «зеленые» — нужен полный анализ жизненного цикла.

Ученые предлагают объединить усилия химиков, материаловедов и инженеров, чтобы решить эти проблемы. Будущее — за гибридными материалами, 3D-печатью и ИИ, который ускорит поиск оптимальных решений.

Экологичность и эффективность теперь не противоречат друг другу. С ростом спроса на ТГц-технологии (например, для 6G или медицинских датчиков) «зеленые» материалы станут не просто модным трендом, а необходимостью.

Этот обзор — не просто теория. Вот где может быть реальная отдача:

• Медицина: дешевые и безопасные ТГц-сканеры для ранней диагностики рака кожи или контроля уровня глюкозы без прокола пальца.
• Связь: биоразлагаемые антенны для 6G, которые не надо утилизировать как опасные отходы.
• Экология: датчики загрязнения воздуха на основе целлюлозы, которые разлагаются после использования.

Уже сейчас некоторые разработки (например, графеновые модуляторы) близки к коммерциализации. Но главное — это смена парадигмы: вместо «взять любой материал, лишь бы работало» — осознанный выбор в пользу устойчивых решений.

Авторы исследования оптимистично описывают перспективы, но умалчивают о ключевой проблеме: большинство «устойчивых» ТГц-материалов пока работают только в лабораториях. Например, КПД биоразлагаемых детекторов в разы ниже, чем у кремниевых аналогов. Без прорыва в стабильности и воспроизводимости технология рискует остаться нишевой.

Ранее ученые разработали термоэлектрик для зеленой энергетики.