The interaction of terahertz electromagnetic radiation with dilute graphene-epoxy composites was studied experimentally at frequencies from 0.25 to 4 THz. Composites with low graphene loading (≤1.2 wt. %) below the electrical percolation threshold revealed the total shielding effectiveness above ∼70 dB (1 mm thickness) at 1.6 THz frequency. The unexpected high shielding effectiveness of dilute graphene composites in blocking terahertz radiation was mostly achieved by absorption rather than reflection. The shielding effectiveness increases with increasing frequency. Our results suggest that even the thin-film or spray coatings of the lightweight, electrically insulating graphene composites with thicknesses in the few-hundred-micrometer range can be sufficient for blocking terahertz radiation in many practical applications.
References
1.
M. A.
Seo
, J. H.
Yim
, Y. H.
Ahn
, F.
Rotermund
, D. S.
Kim
, S.
Lee
, and H.
Lim
, Appl. Phys. Lett.
93
, 231905
(2008
).2.
F.
Deruelle
, Electromagn. Biol. Med.
39
, 166
(2020
).3.
R. N.
Kostoff
, P.
Heroux
, M.
Aschner
, and A.
Tsatsakis
, Toxicol. Lett.
323
, 35
(2020
).4.
J.
Pan
, H.
Hu
, Z.
Li
, J.
Mu
, Y.
Cai
, and H.
Zhu
, Nanoscale Adv.
3
, 1515
(2021
).5.
D.
Bychanok
, P.
Angelova
, A.
Paddubskaya
, D.
Meisak
, L.
Shashkova
, M.
Demidenko
, A.
Plyushch
, E.
Ivanov
, R.
Krastev
, R.
Kotsilkova
, F. Y.
Ogrin
, and P.
Kuzhir
, J. Phys. D: Appl. Phys.
51
, 145307
(2018
).6.
G.
Li
, N.
Amer
, H. A.
Hafez
, S.
Huang
, D.
Turchinovich
, V. N.
Mochalin
, F. A.
Hegmann
, and L. V.
Titova
, Nano Lett.
20
, 636
(2020
).7.
Z.
Tu
, Z.
Ma
, J.
Li
, J.
Liang
, S.
Li
, Y.
Shi
, and L.
Pan
, Appl. Phys. Lett.
119
, 150504
(2021
).8.
D.
Wanasinghe
, F.
Aslani
, G.
Ma
, and D.
Habibi
, Nanomaterials
10
, 541
(2020
).9.
Z.
Barani
, F.
Kargar
, Y.
Ghafouri
, S.
Ghosh
, K.
Godziszewski
, S.
Baraghani
, Y.
Yashchyshyn
, G.
Cywiński
, S.
Rumyantsev
, T. T.
Salguero
, and A. A.
Balandin
, Adv. Mater.
33
, 2007286
(2021
).10.
J.
Wu
, Z.
Ye
, H.
Ge
, J.
Chen
, W.
Liu
, and Z.
Liu
, J. Colloid Interface Sci.
506
, 217
(2017
).11.
S.
Mondal
, S.
Ganguly
, P.
Das
, D.
Khastgir
, and N. C.
Das
, Compos. B: Eng.
119
, 41
(2017
).12.
S.
Kuester
, C.
Merlini
, G. M. O.
Barra
, J. C.
Ferreira
, A.
Lucas
, A. C.
de Souza
, and B. G.
Soares
, Compos. B: Eng.
84
, 236
(2016
).13.
G. D.
Bellis
, A.
Tamburrano
, A.
Dinescu
, M. L.
Santarelli
, and M. S.
Sarto
, Carbon
49
, 4291
(2011
).14.
X.
Jiang
, D.-X.
Yan
, Y.
Bao
, H.
Pang
, X.
Ji
, and Z.-M.
Li
, RSC Adv.
5
, 22587
(2015
).15.
S. H.
Park
, P.
Thielemann
, P.
Asbeck
, and P. R.
Bandaru
, Appl. Phys. Lett.
94
, 243111
(2009
).16.
J.-M.
Thomassin
, C.
Jérôme
, T.
Pardoen
, C.
Bailly
, I.
Huynen
, and C.
Detrembleur
, Mater. Sci. Eng., R
74
, 211
(2013
).17.
J.-H.
Lin
, Z.-I.
Lin
, Y.-J.
Pan
, C.-L.
Huang
, C.-K.
Chen
, and C.-W.
Lou
, Compos. B: Eng.
89
, 424
(2016
).18.
D. D. L.
Chung
, Carbon
50
, 3342
(2012
).19.
F.
Wu
, Q.
Zeng
, Y.
Xia
, M.
Sun
, and A.
Xie
, Appl. Phys. Lett.
112
, 192902
(2018
).20.
S.-T.
Hsiao
, C.-C. M.
Ma
, W.-H.
Liao
, Y.-S.
Wang
, S.-M.
Li
, Y.-C.
Huang
, R.-B.
Yang
, and W.-F.
Liang
, ACS Appl. Mater. Interfaces
6
, 10667
(2014
).21.
D.-X.
Yan
, H.
Pang
, B.
Li
, R.
Vajtai
, L.
Xu
, P.-G.
Ren
, J.-H.
Wang
, and Z.-M.
Li
, Adv. Funct. Mater.
25
, 559
(2015
).22.
J.
Dalal
, S.
Lather
, A.
Gupta
, S.
Dahiya
, A. S.
Maan
, K.
Singh
, S. K.
Dhawan
, and A.
Ohlan
, Compos. Sci. Technol.
165
, 222
(2018
).23.
W.
Yang
, Z.
Zhao
, K.
Wu
, R.
Huang
, T.
Liu
, H.
Jiang
, F.
Chen
, and Q.
Fu
, J. Mater. Chem. C
5
, 3748
(2017
).24.
F.
Sharif
, M.
Arjmand
, A. A.
Moud
, U.
Sundararaj
, and E. P. L.
Roberts
, ACS Appl. Mater. Interfaces
9
, 14171
(2017
).25.
H. M.
Mesfin
, A. C.
Baudouin
, S.
Hermans
, A.
Delcorte
, I.
Huynen
, and C.
Bailly
, Appl. Phys. Lett.
105
, 103105
(2014
).26.
Y.
Li
, B.
Shen
, D.
Yi
, L.
Zhang
, W.
Zhai
, X.
Wei
, and W.
Zheng
, Compos. Sci. Technol.
138
, 209
(2017
).27.
A.
Plyushch
, J.
MacUtkevic
, S.
Svirskas
, J.
Banys
, V.
Plausinaitiene
, D.
Bychanok
, S. A.
Maksimenko
, A.
Selskis
, A.
Sokal
, K. N.
Lapko
, and P. P.
Kuzhir
, Appl. Phys. Lett.
114
, 183105
(2019
).28.
B.
Zhao
, S.
Wang
, C.
Zhao
, R.
Li
, S. M.
Hamidinejad
, Y.
Kazemi
, and C. B.
Park
, Carbon
127
, 469
(2018
).29.
Q.
Song
, F.
Ye
, X.
Yin
, W.
Li
, H.
Li
, Y.
Liu
, K.
Li
, K.
Xie
, X.
Li
, Q.
Fu
, L.
Cheng
, L.
Zhang
, and B.
Wei
, Adv. Mater.
29
, 1701583
(2017
).30.
J.
Liang
, Y.
Wang
, Y.
Huang
, Y.
Ma
, Z.
Liu
, J.
Cai
, C.
Zhang
, H.
Gao
, and Y.
Chen
, Carbon
47
, 922
(2009
).31.
C.
Lan
, L.
Zou
, Y.
Qiu
, and Y.
Ma
, J. Mater. Sci.
55
, 6598
(2020
).32.
M.
Zdrojek
, J.
Bomba
, A.
Lapińska
, A.
Dużyńska
, K.
Żerańska-Chudek
, J.
Suszek
, L.
Stobiński
, A.
Taube
, M.
Sypek
, and J.
Judek
, Nanoscale
10
, 13426
(2018
).33.
Z.
Barani
, F.
Kargar
, K.
Godziszewski
, A.
Rehman
, Y.
Yashchyshyn
, S.
Rumyantsev
, G.
Cywiński
, W.
Knap
, and A. A.
Balandin
, ACS Appl. Mater. Interfaces
12
, 28635
(2020
).34.
C.
Pavlou
, M. G.
Pastore Carbone
, A. C.
Manikas
, G.
Trakakis
, C.
Koral
, G.
Papari
, A.
Andreone
, and C.
Galiotis
, Nat. Commun.
12
, 4655
(2021
).35.
P.
Chamorro-Posada
, J.
Vázquez-Cabo
, Ó.
Rubiños-López
, J.
Martín-Gil
, S.
Hernández-Navarro
, P.
Martín-Ramos
, F. M.
Sánchez-Arévalo
, A. V.
Tamashausky
, C.
Merino-Sánchez
, and R. C.
Dante
, Carbon
98
, 484
(2016
).36.
A.
Tredicucci
and M. S.
Vitiello
, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
20
, 8500109
(2014
).37.
R.
Cheng
, Y.
Zhou
, H.
Liu
, J.
Liu
, G.
Sun
, X.
Zhou
, H.
Shen
, Q.
Wang
, and Y.
Zha
, Opt. Mater. Express
10
, 501
(2020
).38.
A. M.
Mahjoub
, S.
Motooka
, N.
Aoki
, J.
Song
, J. P.
Bird
, Y.
Kawano
, D. K.
Ferry
, K.
Ishibashi
, and Y.
Ochiai
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
50
, 070119
(2011
).39.
V.
Ryzhii
, T.
Otsuji
, and M.
Shur
, Appl. Phys. Lett.
116
, 140501
(2020
).40.
V.
Ryzhii
, M.
Ryzhii
, V.
Mitin
, M. S.
Shur
, and T.
Otsuji
, J. Appl. Phys.
118
, 183105
(2015
).41.
J.-L.
Coutaz
, F.
Garet
, and V. P.
Wallace
, Principles of Terahertz Time-Domain Spectroscopy
(CRC Press
, 2018
).42.
N.
Vieweg
, F.
Rettich
, A.
Deninger
, H.
Roehle
, R.
Dietz
, T.
Göbel
, and M.
Schell
, J. Infrared Millim. Terahertz Waves
35
, 823
(2014
).43.
J.
Neu
and C. A.
Schmuttenmaer
, J. Appl. Phys.
124
, 231101
(2018
).44.
S. L.
Dexheimer
, Terahertz Spectroscopy: Principles and Applications
(CRC Press
, 2017
).45.
K. S.
Novoselov
, A. K.
Geim
, S. V.
Morozov
, D.
Jiang
, Y.
Zhang
, S. V.
Dubonos
, I. V.
Grigorieva
, and A. A.
Firsov
, Science
306
, 666
(2004
).46.
Z.-S.
Wu
, W.
Ren
, L.
Gao
, B.
Liu
, C.
Jiang
, and H.-M.
Cheng
, Carbon
47
, 493
(2009
).47.
J. S.
Lewis
, Z.
Barani
, A. S.
Magana
, F.
Kargar
, and A. A.
Balandin
, Mater. Res. Express
6
, 085325
(2019
).48.
L.
Colombo
, X.
Li
, B.
Han
, C.
Magnuson
, W.
Cai
, Y.
Zhu
, and R. S.
Ruoff
, ECS Trans.
28
, 109
(2010
).49.
K. F.
Mak
, J.
Shan
, and T. F.
Heinz
, Phys. Rev. Lett.
106
, 046401
(2011
).50.
J.
Lloyd-Hughes
and T.-I.
Jeon
, J. Infrared Millim. Terahertz Waves
33
, 871
(2012
).51.
T.
Unuma
, K.
Fujii
, H.
Kishida
, and A.
Nakamura
, Appl. Phys. Lett.
97
, 033308
(2010
).52.
R. M.
Simon
, Polym. Plast. Technol. Eng.
17
(1
), 1
–10
(1981
).53.
H.
Xu
, X.
Yin
, X.
Li
, M.
Li
, S.
Liang
, L.
Zhang
, and L.
Cheng
, ACS Appl. Mater. Interfaces
11
, 10198
(2019
).54.
Q.
Zou
, C.
Shi
, B.
Liu
, D.
Liu
, D.
Cao
, F.
Liu
, Y.
Zhang
, and W.
Shi
, Nanotechnology
32
, 415204
(2021
).55.
Z.
Zhang
, M.
Zhou
, T.
Zhang
, M.
Yang
, Q.
Yang
, J.
Yu
, and Y.
Zhang
, ACS Appl. Mater. Interfaces
12
, 19746
(2020
).56.
Y.
Hernandez
, V.
Nicolosi
, M.
Lotya
, F. M.
Blighe
, Z.
Sun
, S.
De
, I. T.
McGovern
, B.
Holland
, M.
Byrne
, Y. K.
Gun'Ko
, J. J.
Boland
, P.
Niraj
, G.
Duesberg
, S.
Krishnamurthy
, R.
Goodhue
, J.
Hutchison
, V.
Scardaci
, A. C.
Ferrari
, and J. N.
Coleman
, Nat. Nanotechnol.
3
, 563
(2008
).57.
M.
Lotya
, Y.
Hernandez
, P. J.
King
, R. J.
Smith
, V.
Nicolosi
, L. S.
Karlsson
, F. M.
Blighe
, S.
De
, Z.
Wang
, I. T.
McGovern
, G. S.
Duesberg
, and J. N.
Coleman
, J. Am. Chem. Soc.
131
, 3611
(2009
).58.
S.
Stankovich
, D. A.
Dikin
, R. D.
Piner
, K. A.
Kohlhaas
, A.
Kleinhammes
, Y.
Jia
, Y.
Wu
, S. B. T.
Nguyen
, and R. S.
Ruoff
, Carbon
45
, 1558
(2007
).59.
Z.
Yan
, D. L.
Nika
, and A. A.
Balandin
, IET Circuits, Devices Syst.
9
, 4
(2015
).60.
Z.
Barani
, A.
Mohammadzadeh
, A.
Geremew
, C. Y.
Huang
, D.
Coleman
, L.
Mangolini
, F.
Kargar
, and A. A.
Balandin
, Adv. Funct. Mater.
30
, 1904008
(2020
).© 2022 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2022
Author(s)
You do not currently have access to this content.
