التطبيقات المحتملة للجرافين

خضع الجرافين للدراسة في مجال هندسة الأنسجة، حيث استُخدم كعامل مُقوٍّ لتحسين الخواص الميكانيكية للمركبات النانوية البوليمرية القابلة للتحلل الحيوي، وذلك لتطبيقات هندسة أنسجة العظام. ^{[ 8 ]} وقد أظهرت الدراسات أن إضافة  نسبة وزنية منخفضة من الجرافين (حوالي 0.02%) تُحسّن الخواص الميكانيكية الانضغاطية والانحنائية للمركبات النانوية البوليمرية. ^{[ 9 ]} كما أن إضافة جزيئات الجرافين النانوية إلى مصفوفة البوليمر تُؤدي إلى تحسين كثافة التشابك في المركب النانوي، وتحسين نقل الأحمال من مصفوفة البوليمر إلى المادة النانوية الأساسية، مما يُحسّن الخواص الميكانيكية.

صُممت محاليل الجرافين المُعدّلة وظيفيًا والمُشتتة بالمواد الفعالة سطحيًا كعوامل تباين في التصوير بالرنين المغناطيسي لحوض الدم . ^{[ 10 ]} علاوة على ذلك، استُخدمت جسيمات الجرافين النانوية المُدمجة مع اليود والمنغنيز كعوامل تباين متعددة الوسائط للتصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي المحوسب . ^{[ 11 ]} كما استُخدمت جسيمات الجرافين الميكروية والنانوية كعوامل تباين للتصوير المقطعي الصوتي الضوئي والتصوير المقطعي الصوتي الحراري. ^{[ 12 ]} وقد أُفيد أيضًا أن الجرافين يمتص الخلايا السرطانية بكفاءة، مما يُتيح تصميم عوامل توصيل الأدوية لعلاج السرطان. ^{[ 13 ]} وتُعد جسيمات الجرافين النانوية ذات الأشكال المختلفة، مثل شرائط الجرافين النانوية وصفائح الجرافين النانوية وبصلات الجرافين النانوية، غير سامة عند التركيزات المنخفضة ولا تُغير تمايز الخلايا الجذعية، مما يُشير إلى أنها قد تكون آمنة للاستخدام في التطبيقات الطبية الحيوية. ^{[ 14 ]}

أُفيد بأن الجرافين يُحسّن تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) عن طريق زيادة كمية ناتج الحمض النووي . ^{[ 15 ]} وكشفت التجارب أن الموصلية الحرارية للجرافين قد تكون العامل الرئيسي وراء هذه النتيجة. يُنتج الجرافين ناتج حمض نووي يُعادل العينة المرجعية الموجبة مع تقليل عدد دورات تفاعل البوليميراز المتسلسل بنسبة تصل إلى 65%.

بفضل خصائصه الكيميائية القابلة للتعديل، ومساحة سطحه الكبيرة لكل وحدة حجم، وسماكته الذرية، وبنيته القابلة للتحكم الجزيئي، تُعدّ صفائح الجرافين المُعدّلة بالأجسام المضادة خيارًا ممتازًا لأجهزة الكشف والتشخيص في الثدييات والميكروبات. ^{[ 16 ]} يتميز الجرافين برقة فائقة تجعل الماء يتمتع بشفافية ترطيب شبه مثالية ، وهي خاصية مهمة، لا سيما في تطوير تطبيقات أجهزة الاستشعار الحيوية. ^{[ 17 ]} هذا يعني أن جهاز الاستشعار المُغطى بالجرافين يكون على اتصال مباشر مع النظام المائي تمامًا مثل جهاز الاستشعار غير المُغطى، مع الحفاظ على حمايته الميكانيكية من البيئة المحيطة.

دمج الجرافين (سمكيمكن أن تعمل طبقات (0.34  نانومتر ) كأقطاب نانوية في مسام نانوية ^{[ 18 ]} على حل مشكلة تسلسل الحمض النووي أحادي الجزيء القائم على المسام النانوية .

في 20 نوفمبر 2013، منحت مؤسسة بيل وميليندا غيتس مبلغ 100 ألف دولار "لتطوير مواد مركبة مرنة جديدة للواقيات الذكرية تحتوي على مواد نانوية مثل الجرافين". ^{[ 19 ]}

في عام 2014، أُعلن عن مصفوفات مجسات طبية دقيقة قابلة للزرع، شفافة (عبر نطاقات الأشعة تحت الحمراء إلى فوق البنفسجية)، ومرنة، مصنوعة من الجرافين، تسمح برؤية أنسجة المخ المخفية خلف الغرسات. وقد تجاوزت الشفافية البصرية 90%. وتشمل التطبيقات التي تم عرضها التنشيط البصري الوراثي لمناطق محددة من القشرة الدماغية، والتصوير الحيوي للأوعية الدموية القشرية باستخدام المجهر الفلوري، والتصوير المقطعي البصري ثلاثي الأبعاد . ^{[ 20 ] [ 21 ]}

اكتشف باحثون في جامعة موناش أن صفيحة من أكسيد الجرافين يمكن تحويلها تلقائيًا إلى قطرات من البلورات السائلة - كما هو الحال مع البوليمر - بمجرد وضعها في محلول والتحكم في درجة الحموضة. وتغير قطرات الجرافين بنيتها عند تعرضها لمجال مغناطيسي خارجي. يفتح هذا الاكتشاف آفاقًا جديدة لحمل الأدوية في قطرات الجرافين وإطلاقها عند وصولها إلى النسيج المستهدف، وذلك بتغيير شكل القطرات في المجال المغناطيسي. ومن التطبيقات المحتملة الأخرى الكشف عن الأمراض، إذا ما تبين أن الجرافين يغير شكله عند وجود مؤشرات مرضية معينة، مثل السموم . ^{[ 22 ] [ 23 ]}

في نموذج فأري، تم إثبات قدرة "سجادة طائرة" من الجرافين على توصيل دوائين مضادين للسرطان بالتتابع إلى خلايا ورم الرئة ( خلايا A549 ). يُدمج دوكسوروبيسين (DOX) في صفيحة الجرافين، بينما ترتبط جزيئات عامل تحفيز موت الخلايا المبرمج المرتبط بعامل نخر الورم ( TRAIL ) بالبنية النانوية عبر سلاسل ببتيدية قصيرة . عند حقنها وريديًا، تتركز شرائح الجرافين المحملة بالدواء بشكل تفضيلي في الخلايا السرطانية نتيجة لتسرب الأوعية الدموية الشائعة حول الورم. ترتبط مستقبلات على غشاء الخلية السرطانية بـ TRAIL، وتقوم إنزيمات سطح الخلية بقص الببتيد، مما يؤدي إلى إطلاق الدواء على سطح الخلية. وبدون وجود TRAIL الضخم، تُبتلع شرائح الجرافين المحملة بـ DOX داخل الخلايا. تعزز البيئة الحمضية داخل الخلايا إطلاق DOX من الجرافين. يحفز TRAIL الموجود على سطح الخلية موت الخلايا المبرمج، بينما يهاجم DOX النواة. يعمل هذان الدواءان بشكل تآزري، وقد وُجد أنهما أكثر فعالية من استخدام أي منهما بمفرده. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

أدى تطور تقنية النانو والبيولوجيا الجزيئية إلى تحسين المواد النانوية بخصائص محددة، مما مكّنها من التغلب على نقاط ضعف إجراءات التشخيص والعلاج التقليدية للأمراض. ^{[ 26 ]} في السنوات الأخيرة، ازداد الاهتمام بتصميم وتطوير طرق جديدة لتحقيق إطلاق مستدام لمختلف الأدوية. ولأن لكل دواء مستوى في البلازما يكون أعلى منه سامًا وأقل منه غير فعال، وفي أنظمة توصيل الأدوية التقليدية، يرتفع تركيز الدواء في الدم بسرعة ثم ينخفض، فإن الهدف الرئيسي لنظام توصيل الأدوية المثالي هو الحفاظ على الدواء ضمن النطاق العلاجي المطلوب بعد جرعة واحدة، و/أو توجيه الدواء إلى منطقة محددة مع خفض مستوياته في الجسم في الوقت نفسه. ^{[ 27 ] [ 28 ]} تتمتع المواد القائمة على الجرافين، مثل أكسيد الجرافين، بإمكانات كبيرة للعديد من التطبيقات البيولوجية، بما في ذلك تطوير أنظمة جديدة لإطلاق الأدوية. تتميز أكاسيد الجرافين بوفرة المجموعات الوظيفية، مثل الهيدروكسيل والإيبوكسي والكربوكسيل، على سطحها القاعدي وحوافها، والتي يمكن استخدامها لتثبيت أو تحميل جزيئات حيوية متنوعة للتطبيقات الطبية الحيوية. من جهة أخرى، تُستخدم البوليمرات الحيوية بكثرة كمواد خام لتصميم تركيبات توصيل الأدوية نظرًا لخصائصها الممتازة، مثل عدم السمية، والتوافق الحيوي، وقابلية التحلل الحيوي ، وملاءمتها للبيئة، وغيرها. تتميز العلاجات البروتينية بمزايا تفوق العلاجات الجزيئية الصغيرة، بما في ذلك دقة استهدافها العالية وانخفاض آثارها الجانبية على العمليات البيولوجية الطبيعية. يُعد ألبومين مصل الدم البشري (HSA) أحد أكثر بروتينات الدم وفرة، ويعمل كبروتين ناقل للعديد من الروابط الداخلية والخارجية، بالإضافة إلى جزيئات دوائية متنوعة. لطالما حظيت جسيمات HSA النانوية باهتمام كبير في صناعة الأدوية نظرًا لقدرتها على الارتباط بجزيئات دوائية متنوعة، وثباتها العالي أثناء التخزين، وإمكانية استخدامها في الجسم الحي، وعدم سميتها أو قدرتها على إثارة استجابة مناعية، وقابليتها للتحلل الحيوي، وقابليتها للتكرار، وإمكانية توسيع نطاق عملية الإنتاج، وتحسين التحكم في خصائص إطلاق الدواء. إضافةً إلى ذلك، يمكن دمج كميات كبيرة من الأدوية في مصفوفة الجسيمات نظرًا لوجود عدد كبير من مواقع ارتباط الدواء على جزيء الألبومين. ^{[ 29 ]} لذلك، قد يكون الجمع بين جسيمات HSA النانوية وجسيمات أكسيد الجرافين النانوية مفيدًا في تقليل سمية جسيمات أكسيد الجرافين النانوية وتعزيز تحميل الدواء وإطلاقه المستدام في علاج السرطان.

أظهر الباحثون روبوتًا حيويًا نانويًا (أو روبوتًا خلويًا) مصنوعًا عن طريق تغليف خلية بوغية حية بنقاط كمومية من الجرافين. وقد عمل الجهاز كمستشعر للرطوبة. ^{[ 30 ]}

في عام 2014، تم الإعلان عن منتج لاختبار نسبة الجلوكوز في الدم يعتمد على الجرافين. ^{[ 31 ] [ 32 ]}

يمكن لأجهزة الاستشعار الحيوية القائمة على تقنية نقل طاقة الرنين الفلوري (FRET) والمبنية على الجرافين الكشف عن الحمض النووي (DNA) وفك التفاف الحمض النووي باستخدام مجسات مختلفة. ^{[ 33 ]}

طور باحثون في جامعة بينغهامتون منهجية لاستخدام الجرافين كمحلول منظم لبوليميراز الحمض النووي لتسهيل التلاعب المباشر بالنيوكليوتيدات . ^{[ 34 ]}

تم بناء كل من ترانزستورات الجرافين التي يتم التحكم فيها كيميائياً وتلك التي يتم التحكم فيها بالجهد.

يمكن أن تكون الترانزستورات القائمة على الجرافين أرق بكثير من أجهزة السيليكون الحديثة، مما يسمح بتكوينات أسرع وأصغر حجماً. ^{[ 36 ]}

يُظهر الجرافين استجابةً ملحوظةً للمجالات الكهربائية الخارجية العمودية، مما يُتيح إمكانية تشكيل ترانزستورات تأثير المجال (FET)، إلا أن غياب فجوة النطاق يحدّ بشكلٍ أساسي من نسبة التوصيل في حالتي التشغيل والإيقاف إلى أقل من 30 تقريبًا عند درجة حرارة الغرفة. ^{[ 37 ]} اقترحت ورقة بحثية نُشرت عام 2006 ترانزستور تأثير مجال مستوٍ مصنوع بالكامل من الجرافين مع بوابات جانبية. ^{[ 38 ]} أظهرت هذه الأجهزة تغيرات بنسبة 2% عند درجات حرارة منخفضة جدًا. تم عرض أول ترانزستور تأثير مجال ذي بوابة علوية (نسبة التوصيل في حالتي التشغيل والإيقاف أقل من 2) في عام 2007. ^{[ 39 ]} قد تُثبت شرائط الجرافين النانوية قدرتها على استبدال السيليكون كمادة شبه موصلة. ^{[ 40 ]}

تم إصدار براءة اختراع للإلكترونيات القائمة على الجرافين في عام 2006. ^{[ 41 ]} وفي عام 2008، أنتج باحثون في مختبر لينكولن التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مئات الترانزستورات على شريحة واحدة ^{[ 42 ]} وفي عام 2009، تم إنتاج ترانزستورات عالية التردد للغاية في مختبرات هيوز للأبحاث . ^{[ 43 ]}

أظهرت ورقة بحثية نُشرت عام ٢٠٠٨ تأثيرًا تبديليًا يعتمد على تعديل كيميائي قابل للعكس لطبقة الجرافين، مما يُعطي نسبة تشغيل/إيقاف تتجاوز ستة مراتب. يُمكن استخدام هذه المفاتيح العكسية في الذاكرات غير المتطايرة. ^{[ ٤٤ ]} أعلنت شركة IBM في ديسمبر ٢٠٠٨ عن ترانزستورات جرافين تعمل بترددات جيجاهرتز. ^{[ ٤٥ ]}

في عام ٢٠٠٩، عرض الباحثون أربعة أنواع مختلفة من البوابات المنطقية ، يتكون كل منها من ترانزستور غرافين واحد. ^{[ ٤٦ ]} وفي مايو من العام نفسه، أُضيف ترانزستور من النوع n إلى ترانزستورات الغرافين من النوع p السابقة. ^{[ ٤٧ ] [ ٤٨ ]} كما عُرضت دائرة متكاملة وظيفية من الغرافين، وهي عبارة عن عاكس تكميلي يتكون من ترانزستور من النوع p وآخر من النوع n. ^{[ ٤٩ ]} إلا أن هذا العاكس عانى من انخفاض كسب الجهد، حيث كان سعة إشارة الخرج عادةً أقل بنحو ٤٠ مرة من سعة إشارة الدخل. علاوة على ذلك، لم تعمل أي من هذه الدوائر بترددات أعلى من ٢٥  كيلوهرتز.

في العام نفسه، أظهرت عمليات المحاكاة العددية للترابط الوثيق ^{[ 50 ]} أن فجوة النطاق المستحثة في ترانزستورات تأثير المجال ثنائية الطبقة من الجرافين ليست كبيرة بما يكفي لترانزستورات عالية الأداء للتطبيقات الرقمية، ولكنها قد تكون كافية لتطبيقات الجهد المنخفض للغاية، عند استخدام بنية ترانزستور تأثير المجال النفقي. ^{[ 51 ]}

في فبراير 2010، أعلن باحثون عن ترانزستورات من الجرافين بمعدل تشغيل/إيقاف يبلغ 100 جيجاهرتز، متجاوزة بذلك المعدلات السابقة بكثير، ومتجاوزة سرعة ترانزستورات السيليكون ذات طول البوابة المماثل. صُنعت الأجهزة بتقنية 240 نانومتر باستخدام معدات تصنيع السيليكون التقليدية. ^{[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]} ووفقًا لتقرير صدر في يناير 2010، ^{[ 55 ]} فقد نُمت طبقة الجرافين بشكل طبقي على كربيد السيليكون بكمية ونوعية مناسبة للإنتاج الضخم للدوائر المتكاملة. وعند درجات حرارة عالية، أمكن قياس تأثير هول الكمي  . وقامت شركة IBM ببناء "معالجات" باستخدام ترانزستورات بتردد 100 جيجاهرتز على صفائح جرافين بسمك بوصتين (51 ملم) . ^{[ 56 ]} 

في يونيو 2011، أعلن باحثون في شركة IBM عن أول دارة متكاملة على مستوى الرقاقة مصنوعة من الجرافين، وهي عبارة عن خلاط راديو عريض النطاق. ^{[ 57 ]} وقد تعاملت الدارة مع ترددات تصل إلى 10  جيجاهرتز. ولم تتأثر كفاءتها بدرجات حرارة تصل إلى 127  درجة مئوية. وفي نوفمبر، استخدم الباحثون الطباعة ثلاثية الأبعاد ( التصنيع بالإضافة ) لتصنيع الأجهزة. ^{[ 58 ]}

في عام 2013، أثبت باحثون قدرة الجرافين على الحركة العالية في كاشف يسمح بانتقائية ترددية واسعة النطاق تمتد من نطاق التيراهيرتز إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء (0.76-33  تيراهيرتز) ^{[ 59 ].} وقد ابتكر فريق بحثي آخر ترانزستورًا يعمل بسرعة التيراهيرتز بخصائص ثنائية الاستقرار، ما يعني قدرة الجهاز على التبديل تلقائيًا بين حالتين إلكترونيتين. يتكون الجهاز من طبقتين من الجرافين تفصل بينهما طبقة عازلة من نتريد البورون بسماكة بضع طبقات ذرية. تتحرك الإلكترونات عبر هذا الحاجز عن طريق النفق الكمومي . تُظهر هذه الترانزستورات الجديدة موصلية تفاضلية سالبة، حيث يتدفق التيار الكهربائي نفسه عند تطبيق جهدين مختلفين. ^{[ 60 ]}  وفي يونيو، وُصفت دائرة مذبذب حلقي بتردد 1.28 جيجاهرتز مكونة من 8 ترانزستورات . ^{[ 61 ]}

تُتيح المقاومة التفاضلية السالبة، التي لوحظت تجريبياً في ترانزستورات تأثير المجال المصنوعة من الجرافين ذات التصميم التقليدي، إمكانية بناء بنى حاسوبية غير منطقية قابلة للتطبيق. وتُعدّ هذه المقاومة التفاضلية السالبة - التي لوحظت في ظل أنظمة تحيز معينة - خاصية جوهرية للجرافين ناتجة عن بنيته النطاقية المتناظرة. تُقدّم هذه النتائج تحولاً مفاهيمياً في أبحاث الجرافين، وتُشير إلى مسار بديل لتطبيقاته في معالجة المعلومات. ^{[ 62 ]}

في عام 2013، ابتكر باحثون ترانزستورات مطبوعة على بلاستيك مرن تعمل بتردد 25  جيجاهرتز، وهو تردد كافٍ لدوائر الاتصالات ويمكن تصنيعها على نطاق واسع. في البداية، قام الباحثون بتصنيع هياكل لا تحتوي على الجرافين - الأقطاب الكهربائية والبوابات - على صفائح بلاستيكية. ثم قاموا، بشكل منفصل، بتنمية صفائح كبيرة من الجرافين على المعدن، ثم قاموا بتقشيرها ونقلها إلى البلاستيك. وأخيرًا، غطوا الصفيحة بطبقة مقاومة للماء. تعمل هذه الأجهزة حتى بعد غمرها في الماء، وكانت مرنة بما يكفي لطيها. ^{[ 63 ]}

في عام 2015، ابتكر الباحثون مفتاحًا رقميًا عن طريق ثقب صفيحة من الجرافين بأنابيب نانوية من نتريد البورون، والذي أظهر نسبة تبديل تبلغ 10⁵ ^عند جهد تشغيل قدره 0.5 فولت. وقد أشارت نظرية الكثافة الوظيفية إلى أن هذا السلوك ناتج عن عدم تطابق كثافة الحالات . ^{[ 64 ]}

بفضل موصليته الكهربائية العالية وشفافيته البصرية الفائقة، يُعدّ الجرافين خيارًا مثاليًا للأقطاب الكهربائية الموصلة الشفافة، اللازمة لتطبيقات مثل شاشات اللمس ، وشاشات الكريستال السائل ، والخلايا الكهروضوئية غير العضوية، ^{[ 69 ] [ 70 ]} والخلايا الكهروضوئية العضوية ، والثنائيات العضوية الباعثة للضوء . وعلى وجه الخصوص، يتميز الجرافين بقوة ميكانيكية ومرونة تفوق أكسيد الإنديوم والقصدير الهش. ويمكن ترسيب أغشية الجرافين من المحلول على مساحات واسعة. ^{[ 71 ] [ 72 ] [ 73 ]}

تم إنتاج أغشية غرافين رقيقة الطبقات، متصلة، شفافة، وذات موصلية عالية، وواسعة المساحة، باستخدام الترسيب الكيميائي للبخار، واستُخدمت كأقطاب موجبة في تطبيقات الخلايا الكهروضوئية . وقد تم إثبات كفاءة تحويل طاقة تصل إلى 1.7%، أي ما يعادل 55.2% من كفاءة تحويل الطاقة لجهاز مرجعي قائم على أكسيد الإنديوم والقصدير. مع ذلك، يتمثل العيب الرئيسي لهذه الطريقة في ضعف روابط الركيزة، مما يؤدي في النهاية إلى ضعف الاستقرار الدوري وارتفاع مقاومة الأقطاب الكهربائية. ^{[ 74 ]}

تمّ عرض ثنائيات عضوية باعثة للضوء (OLEDs) ذات مصاعد من الجرافين. وقد صُنعت هذه الأجهزة باستخدام الجرافين المُعالَج بالمحلول على ركيزة من الكوارتز. ويُشابه الأداء الإلكتروني والبصري للأجهزة القائمة على الجرافين أداء الأجهزة المصنوعة من أكسيد الإنديوم والقصدير . ^{[ 75 ]} وفي عام 2017، تمّ إنتاج أقطاب OLED بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) على ركيزة من النحاس. ^{[ 76 ]}

تم عرض جهاز قائم على الكربون يُسمى خلية كهروكيميائية باعثة للضوء (LEC)، حيث استُخدم الجرافين المُشتق كيميائيًا ككاثود، والبوليمر الموصل بولي(3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين) (PEDOT) كأنود. ^{[ 77 ]} وعلى عكس الأجهزة السابقة، يحتوي هذا الجهاز على أقطاب كهربائية كربونية فقط، دون أي معدن.

في عام 2014 تم عرض نموذج أولي لشاشة مرنة تعتمد على الجرافين. ^{[ 78 ]}

في عام 2016، عرض باحثون شاشةً تستخدم تعديل التداخل الضوئي للتحكم في الألوان، أُطلق عليها اسم "جهاز بالون الجرافين"، مصنوعة من السيليكون تحتوي على تجاويف دائرية قطرها 10 ميكرومتر مغطاة بطبقتين من الجرافين. وتحدد درجة انحناء الطبقتين فوق كل تجويف اللون المنبعث. يستغل الجهاز ظاهرة حلقات نيوتن الناتجة عن تداخل الموجات الضوئية المنعكسة من قاع التجويف والمادة (الشفافة). وتؤدي زيادة المسافة بين السيليكون والغشاء إلى زيادة طول موجة الضوء. يُستخدم هذا الأسلوب في شاشات أجهزة القراءة الإلكترونية الملونة والساعات الذكية، مثل ساعة كوالكوم توك ، حيث تُستخدم مواد السيليكون بدلاً من الجرافين. ويُقلل الجرافين من استهلاك الطاقة. ^{[ 79 ]}

في عام 2009، قام باحثون ببناء مضاعفات تردد تجريبية من الجرافين ، تستقبل إشارة واردة بتردد معين وتُخرج إشارة بتردد مضاعف لذلك التردد. ^{[ 80 ] [ 81 ] [ 82 ]}

يتفاعل الجرافين بقوة مع الفوتونات، مما يتيح إمكانية إنشاء فجوة نطاق طاقة مباشرة. وهذا واعدٌ لتطبيقات الأجهزة الكهروضوئية والنانوفوتونية . وينشأ تفاعل الضوء نتيجةً لتفرد فان هوف . ويُظهر الجرافين استجاباتٍ زمنيةً مختلفةً لتفاعل الفوتونات، تتراوح من الفيمتوثانية (سريعة للغاية) إلى البيكوثانية. وتشمل الاستخدامات المحتملة الأغشية الشفافة، وشاشات اللمس، ومصادر الضوء، أو كجهاز بلازموني يحصر الضوء ويغير أطواله الموجية. ^{[ 83 ]}

بفضل حركية الإلكترونات العالية للغاية، يُمكن استخدام الجرافين في إنتاج مستشعرات تأثير هول عالية الحساسية . ^{[ 84 ]} ويرتبط التطبيق المحتمل لهذه المستشعرات بمحولات التيار المستمر لتطبيقات خاصة. وقد سُجّلت مستشعرات هول فائقة الحساسية برقم قياسي جديد في أبريل 2015، وهي أفضل بمرتين من المستشعرات القائمة على السيليكون. ^{[ 85 ]}

تحافظ النقاط الكمومية الجرافينية (GQDs) على جميع أبعادها أقل من 10  نانومتر. ويتحكم حجمها وبنيتها البلورية عند الحواف في خصائصها الكهربائية والمغناطيسية والبصرية والكيميائية. يمكن إنتاج النقاط الكمومية الجرافينية عبر تقنية قطع الجرافيت النانوية ^{[ 86 ]} أو عبر طرق تصنيع من الأسفل إلى الأعلى تعتمد على المحاليل (تفاعلات ديلز-ألدر، وتكوين الحلقات الثلاثية، و/أو تفاعلات نزع الهيدروجين الحلقي ) ^{[ 87 ]} . يمكن دمج النقاط الكمومية الجرافينية ذات البنية المُتحكم بها في تطبيقات الإلكترونيات، والإلكترونيات الضوئية، والكهرومغناطيسية. يمكن تحقيق الحصر الكمومي عن طريق تغيير عرض شرائط الجرافين النانوية (GNRs) عند نقاط محددة على طول الشريط ^{[ 65 ] [ 88 ]} . وقد دُرست هذه النقاط كمحفز لخلايا الوقود ^{[ 89 ] .}

يُظهر بوليمر شبه موصل ( بولي(3-هكسيل ثيوفين)) ^{[ 90 ]} ، عند وضعه عموديًا فوق طبقة واحدة من الجرافين، توصيلًا كهربائيًا أفضل من توصيله على طبقة رقيقة من السيليكون.  وقد أظهر غشاء بوليمري بسمك 50 نانومتر توصيلًا للشحنة أفضل بنحو 50 مرة من  غشاء بسمك 10 نانومتر، ربما لأن الأول يتكون من فسيفساء من بلورات ذات اتجاهات مختلفة تُشكل مسارًا متصلًا من البلورات المترابطة. في الأغشية الرقيقة أو على السيليكون، ^{[ 90 ]} تكون البلورات الشبيهة بالصفائح موجهة بالتوازي مع طبقة الجرافين. وتشمل استخداماته الخلايا الشمسية. ^{[ 91 ]}

يمكن لطبقة الجرافين واسعة المساحة، المُصنّعة بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) والمُرصّعة على ركيزة من ثاني أكسيد السيليكون (SiO2)، الحفاظ على دوران الإلكترون لفترة طويلة ونقله. تعتمد تقنية الإلكترونيات الدورانية على تغيير دوران الإلكترون بدلاً من تدفق التيار. تُحفظ إشارة الدوران في قنوات الجرافين التي يصل طولها إلى 16 ميكرومترًا خلال نانوثانية واحدة. وقد تم تحقيق نقل دوران نقي وترنّح على طول قنوات يبلغ 16 ميكرومترًا، مع عمر دوران يبلغ 1.2 نانوثانية وطول انتشار دوران يبلغ ≈6 ميكرومتر عند درجة حرارة الغرفة. ^{[ 92 ]}

تُستخدم الإلكترونيات الدورانية في محركات الأقراص لتخزين البيانات وفي ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية . عادةً ما يكون الدوران الإلكتروني قصير العمر وهشًا، لكن المعلومات القائمة على الدوران في الأجهزة الحالية لا تحتاج إلا إلى قطع مسافة بضعة نانومترات. مع ذلك، في المعالجات، يجب أن تعبر المعلومات مسافة عشرات الميكرومترات مع دورانات متراصفة. يُعدّ الجرافين المرشح الوحيد المعروف لمثل هذا السلوك. ^{[ 92 ]}

في عام 2012، بدأت شركة فوربيك ماتيريالز بشحن جهاز التغليف المضاد للسرقة "سايرن" ، الذي يستخدم دارة "فور-إنك" المصنوعة من الجرافين لاستبدال الهوائي المعدني والأسلاك الخارجية بشريحة RFID . وكان هذا أول منتج متوفر تجاريًا في العالم يعتمد على الجرافين. ^{[ 93 ] [ 94 ]}

عند ضبط مستوى فيرمي للجرافين، يمكن تغيير امتصاصه الضوئي. في عام 2011، أعلن الباحثون عن أول مُعدِّل ضوئي قائم على الجرافين. يعمل عنديعمل هذا المُعدِّل بتردد 1.2  جيجاهرتز بدون وحدة تحكم في درجة الحرارة، ويتميز بنطاق ترددي واسع (من 1.3 إلى 1.6  ميكرومتر) وحجم صغير (~25  ميكرومتر ² ). ^{[ 95 ]}

تم مؤخراً عرض مُعدِّل ماخ-زيندر قائم على دليل موجي هجين من الجرافين والسيليكون، قادر على معالجة الإشارات دون تشويه تقريباً. ^{[ 96 ]} وقد تم الحصول على نسبة إخماد تصل إلى 34.7  ديسيبل، وأدنى قيمة لمعامل التشويه تبلغ -0.006. ويبلغ فقد الإدخال فيه حوالي -1.37  ديسيبل.

العدسة الفائقة هي عدسة فائقة الدقة تعمل في الوقت الحقيقي، قادرة على تحويل الموجات المتلاشية إلى موجات منتشرة، وبالتالي تجاوز حد الانعراج. في عام 2016، تفوقت عدسة فائقة مصنوعة من طبقات الجرافين العازلة ونيتريد البورون سداسي الأضلاع (h-BN) على التصاميم المعدنية. وبناءً على خصائصها غير المتناحية، تم التحقق عدديًا من عدسات فائقة مسطحة وأسطوانية باستخدام طبقات الجرافين عند تردد 1200 تيراهيرتز وطبقات نيتريد البورون سداسي الأضلاع عند تردد 1400 تيراهيرتز على التوالي. ^{[ 97 ]} وفي عام 2016 أيضًا، تم تطوير عدسة مجهرية من الجرافين بسمك 1 نانومتر قادرة على تصوير أجسام بحجم بكتيريا واحدة. صُنعت هذه العدسة برش طبقة من محلول أكسيد الجرافين، ثم تشكيلها باستخدام شعاع ليزر. تستطيع هذه العدسة تمييز أجسام صغيرة تصل إلى 200 نانومتر، والرؤية في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة. كما أنها تتجاوز حد الانعراج وتحقق بُعدًا بؤريًا أقل من نصف طول موجة الضوء. تشمل التطبيقات المحتملة التصوير الحراري للهواتف المحمولة، والمناظير الداخلية ، والأقمار النانوية، والرقائق الضوئية في الحواسيب العملاقة، وتوزيع النطاق العريض فائق السرعة. ^{[ 98 ]}

يتفاعل الجرافين مع طيف الأشعة تحت الحمراء في درجة حرارة الغرفة، وإن كانت حساسيته أقل بمئة إلى ألف مرة من أن تُناسب التطبيقات العملية. مع ذلك، فإن طبقتين من الجرافين تفصل بينهما مادة عازلة تسمحان للمجال الكهربائي الناتج عن الثقوب التي خلفتها الإلكترونات المتحررة ضوئيًا في إحدى الطبقتين بالتأثير على التيار المار عبر الطبقة الأخرى. تُنتج هذه العملية حرارة ضئيلة، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في بصريات الرؤية الليلية. يتميز هذا التركيب الطبقي برقة كافية لدمجه في الأجهزة المحمولة، وأجهزة الكمبيوتر المثبتة على النظارات، وحتى العدسات اللاصقة . ^{[ 99 ]}

أظهرت وصلة غير متجانسة من الجرافين/السيليكون من النوع n سلوكًا تقويميًا قويًا واستجابة ضوئية عالية. وبإضافة طبقة رقيقة من أكسيد بينية، انخفض تيار الظلام في هذه الوصلة بمقدار رتبتين عند انحياز صفري. عند درجة حرارة الغرفة، يُظهر كاشف الضوء المصنوع من الجرافين/السيليكون من النوع n والمزود بأكسيد بيني حساسية نوعية تصل إلى 5.77 × 10¹³ ^سم  هرتز¹ ^{/ ² واط²} عند ذروة الطول الموجي 890  نانومتر في الفراغ. علاوة على ذلك، تتميز كواشف الضوء المحسّنة المصنوعة من وصلة الجرافين/السيليكون من النوع n باستجابة عالية تبلغ 0.73 أمبير/ ^واط ونسبة عالية بين التيار الضوئي وتيار الظلام تبلغ ≈10⁷. تُشير هذه النتائج إلى أن وصلة الجرافين/السيليكون غير المتجانسة المزودة بأكسيد بيني واعدة لتطوير كواشف ضوئية عالية الحساسية. ^{[ 100 ]} مؤخرًا، تم تقديم كاشف ضوئي من نوع شوتكي مصنوع من الجرافين/السيليكون، يتميز بسرعة استجابة قياسية (< 25 نانوثانية) ضمن نطاق أطوال موجية من 350  نانومتر إلى 1100 نانومتر. ^{[ 101 ]} تُظهر هذه الكواشف الضوئية استقرارًا ممتازًا على المدى الطويل، حتى بعد تخزينها في الهواء لأكثر من عامين. لا تُسهم هذه النتائج في تطوير كواشف ضوئية عالية الأداء تعتمد على وصلة شوتكي من الجرافين/السيليكون فحسب، بل لها أيضًا آثار مهمة على الإنتاج الضخم لأجهزة مصفوفة الكواشف الضوئية القائمة على الجرافين، والتي تُستخدم في الرصد البيئي الفعال من حيث التكلفة، والتصوير الطبي، والاتصالات في الفضاء الحر، والتتبع الذكي الكهروضوئي، والتكامل مع دوائر CMOS لتطبيقات فضائيات الأشياء الناشئة، وغيرها. 

لا يتأكسد الجرافين في الهواء أو السوائل البيولوجية، مما يجعله مادة جذابة للاستخدام كمستشعر حيوي . ^{[ 149 ]} يمكن تهيئة دائرة الجرافين كمستشعر حيوي يعمل بتأثير المجال عن طريق تطبيق جزيئات التقاط بيولوجية وطبقات حجب على الجرافين، ثم التحكم في فرق الجهد بين الجرافين والسائل الذي يحتوي على عينة الاختبار البيولوجية. من بين أنواع مستشعرات الجرافين المختلفة التي يمكن تصنيعها، كانت المستشعرات الحيوية أول ما طُرح للبيع. ^{[ 150 ]}

يمكن تعديل الخصائص الإلكترونية للهياكل غير المتجانسة من الجرافين/نتريد البورون السداسي (h-BN) عن طريق تغيير المسافات بين الطبقات بتطبيق ضغط خارجي، مما يُتيح إمكانية تصنيع مستشعرات ضغط رقيقة للغاية. في عام 2011، اقترح باحثون مستشعر ضغط مستويًا يتكون من الجرافين محصورًا بين طبقتين من نتريد البورون السداسي، ومستشعر ضغط نفقي يتكون من نتريد البورون السداسي محصورًا بين طبقتين من الجرافين. ^{[ 151 ]} يتغير التيار بمقدار ثلاثة رتب مع زيادة الضغط من 0 إلى 5  نانونيوتن/نانومتر ^مربع . هذا الهيكل غير حساس لعدد طبقات نتريد البورون السداسي المحيطة، مما يُبسط عملية التحكم. ولأن نتريد البورون السداسي والجرافين خاملان حراريًا عند درجات الحرارة العالية، يُمكن لهذا الجهاز دعم تصنيع مستشعرات ضغط فائقة الرقة للاستخدام في الظروف القاسية.

في عام 2016، عرض الباحثون مستشعر ضغط متوافق حيويًا مصنوعًا من مزيج رقائق الجرافين مع البولي سيليكون المتشابك (الموجود في معجون اللعب ). ^{[ 152 ]}

يمكن تصميم الأنظمة النانوية الكهروميكانيكية (NEMS) وتوصيفها من خلال فهم التفاعل والترابط بين المجالات الميكانيكية والكهربائية ومجالات طاقة فان دير فالس. ويحدد الحد الكمي، الذي تحكمه علاقة عدم اليقين لهايزنبرغ، الدقة القصوى للأنظمة النانوية الميكانيكية. ويمكن لتقنية الضغط الكمي تحسين الدقة عن طريق تقليل التقلبات الكمية في إحدى السعتين المطلوبتين من سعتي التربيع. ويصعب على الأنظمة النانوية الكهروميكانيكية التقليدية تحقيق الضغط الكمي نظرًا لحدود سمكها. وقد اقتُرحت آلية للحصول على حالات كمية مضغوطة من خلال هياكل الجرافين النانوية الكهروميكانيكية التجريبية النموذجية، مستفيدةً من سمكها على المستوى الذري. ^{[ 153 ]}

نظريًا، يُعدّ الجرافين مستشعرًا ممتازًا نظرًا لبنيته ثنائية الأبعاد. فكون حجمه بالكامل مُعرّضًا للبيئة المحيطة يجعله فعالًا للغاية في الكشف عن الجزيئات الممتزة . مع ذلك، وكما هو الحال في أنابيب الكربون النانوية، لا يحتوي الجرافين على روابط حرة على سطحه. لا يمكن امتزاز جزيئات الغاز بسهولة على أسطح الجرافين، لذا فهو غير حساس بطبيعته. ^{[ 154 ]} يمكن تحسين حساسية مستشعرات الغاز الكيميائية المصنوعة من الجرافين بشكل كبير من خلال التعديل الوظيفي، على سبيل المثال، طلاء الغشاء بطبقة رقيقة من بعض البوليمرات. تعمل طبقة البوليمر الرقيقة كمُركّز يمتص جزيئات الغاز. يُحدث امتصاص الجزيئات تغييرًا موضعيًا في المقاومة الكهربائية لمستشعرات الجرافين. بينما يحدث هذا التأثير في مواد أخرى، يتفوق الجرافين نظرًا لموصليته الكهربائية العالية (حتى في وجود عدد قليل من حاملات الشحنة) وانخفاض مستوى التشويش، مما يجعل هذا التغيير في المقاومة قابلًا للكشف. ^{[ 155 ]}

تتنبأ محاكاة نظرية الكثافة الوظيفية بأن ترسيب ذرات معينة على الجرافين يمكن أن يجعله يستجيب كهرضغطياً لحقل كهربائي مطبق في الاتجاه العمودي على سطحه. هذا النوع من الكهرضغطية المُهندسة محلياً يُشابه في مقداره الكهرضغطية للمواد الكهرضغطية الصلبة، مما يجعل الجرافين مرشحاً للتحكم والاستشعار في الأجهزة النانوية. ^{[ 156 ]}

بفضل الطلب المتزايد على الأجهزة القابلة للارتداء، أثبت الجرافين أنه مادة واعدة لتطبيقات محتملة في أجهزة استشعار الإجهاد المرنة عالية الحساسية. يُقترح هنا أسلوب صديق للبيئة وفعال من حيث التكلفة لتصنيع أغشية جرافين رقيقة للغاية ذات مساحة كبيرة، وذلك لاستخدامها في أجهزة استشعار الإجهاد المرنة عالية الحساسية. تُشكّل أغشية الجرافين المُجمّعة بسرعة عند سطح التماس بين السائل والهواء بفعل تأثير مارانغوني، ويمكن زيادة مساحة الأغشية. تُظهر أجهزة استشعار الإجهاد هذه، القائمة على الجرافين، حساسية فائقة، حيث يبلغ معامل القياس 1037 عند إجهاد 2%، وهو أعلى قيمة مُسجلة لصفائح الجرافين عند هذا التشوه الطفيف حتى الآن. ^{[ 157 ]}

يمكن استخدام الأربطة المطاطية المشبعة بالجرافين ("أربطة الجرافين") كأجهزة استشعار للجسم منخفضة التكلفة. تحافظ هذه الأربطة على مرونتها، ويمكن استخدامها كمستشعر لقياس التنفس، ومعدل ضربات القلب، أو الحركة. كما أن بدلات الاستشعار خفيفة الوزن للمرضى ذوي الحالات الصحية الهشة قد تُتيح مراقبة الحركات الطفيفة عن بُعد. تعرض هذه المستشعرات بياناتٍ مُحددة.زيادة في المقاومة والعمل بمقدار 10 × 10 ^أضعاف عند إجهادات تتجاوز 800%. لوحظت عوامل قياس تصل إلى 35. يمكن لهذه المستشعرات العمل بترددات اهتزاز لا تقل عن 160 هرتز . عند 60  هرتز، يمكن رصد إجهادات لا تقل عن 6% بمعدلات إجهاد تتجاوز 6000%/ثانية. ^{[ 158 ]}

في عام ٢٠١٥، أعلن باحثون عن مستشعر مغناطيسي قائم على الجرافين، يتميز بحساسية تفوق حساسية جهاز مماثل قائم على السيليكون بمئة ضعف (٧٠٠٠ فولت لكل أمبير-تسلا). وكانت ركيزة المستشعر مصنوعة من نتريد البورون سداسي الشكل . ويعتمد عمل هذه المستشعرات على تأثير هول ، حيث يُحدث المجال المغناطيسي قوة لورنتز على حاملات الشحنة الكهربائية المتحركة، مما يؤدي إلى انحرافها وظهور جهد هول قابل للقياس. وفي أسوأ الأحوال، كان أداء الجرافين مماثلاً تقريبًا لأفضل تصميم قائم على السيليكون. أما في أفضل الأحوال، فقد تطلب الجرافين تيارًا ومصدر طاقة أقل. ^{[ ١٥٩ ]}

أكسيد الجرافين مادة غير سامة وقابلة للتحلل الحيوي. سطحه مغطى بمجموعات إيبوكسي وهيدروكسيل وكربوكسيل تتفاعل مع الكاتيونات والأنيونات. وهو قابل للذوبان في الماء، ويُشكّل معلقات غروانية مستقرة في السوائل الأخرى نظرًا لخاصيته الأمفيبية (قدرته على الامتزاج بالماء أو الزيت). عند تشتيته في السوائل ، يُظهر قدرة امتصاص ممتازة ، حيث يُمكنه إزالة النحاس والكوبالت والكادميوم والزرنيخ والمذيبات العضوية .

تشير الأبحاث إلى أن مرشحات الجرافين قد تتفوق على تقنيات تحلية المياه الأخرى بفارق كبير. ^{[ 160 ]}

في عام 2021، وجد الباحثون أن رغوة الجرافين القابلة لإعادة الاستخدام يمكنها ترشيح اليورانيوم (وربما معادن ثقيلة أخرى مثل الرصاص والزئبق والكادميوم) من الماء بكفاءة بمعدل 4 غرامات من اليورانيوم لكل غرام من الجرافين. ^{[ 161 ]}

بدلاً من السماح بالنفاذ، يُعدّ منع النفاذ ضروريًا أيضًا. تُعتبر حواجز نفاذ الغاز مهمة في جميع التطبيقات تقريبًا، بدءًا من الأغذية والأدوية والأجهزة الطبية والإلكترونيات العضوية وغير العضوية، وصولًا إلى التغليف. فهي تُطيل عمر المنتج وتُتيح الحفاظ على سُمك الأجهزة صغيرًا. يتميز الجرافين، لكونه رقيقًا للغاية وخاليًا من العيوب، بأنه غير منفذ لجميع الغازات. وعلى وجه الخصوص، أظهرت طبقات حاجز نفاذ الرطوبة فائقة الرقة والمصنوعة من الجرافين أهميةً بالغةً في الترانزستورات العضوية ذات التأثير الحقلي (OFETs) وثنائيات OLED. ^{[ 162 ] [ 163 ]} وتجري حاليًا دراسة تطبيقات حاجز الجرافين في العلوم البيولوجية.

في عام 2021، أفاد باحثون بأن طبقة من الجرافين قابلة للعكس، يتم تطبيقها عبر الترسيب الكيميائي للبخار، قادرة على الحفاظ على ألوان الأعمال الفنية (70%). ^{[ 164 ] [ 165 ]}

في عام 2016، طوّر باحثون نموذجًا أوليًا لنظام إزالة الجليد، يدمج شرائط نانوية من أنابيب الكربون النانوية والجرافين في مركب إيبوكسي /جرافين. في الاختبارات المعملية، طُليت الحافة الأمامية لشفرة دوار مروحية بهذا المركب، وغُطيت بغلاف معدني واقٍ. عند تطبيق تيار كهربائي، سُخّن المركب إلى أكثر من 93  درجة مئوية (200  درجة فهرنهايت)، مما أدى إلى ذوبان طبقة جليدية بسمك 1  سم (0.4  بوصة) في درجات حرارة محيطة تبلغ -20  درجة مئوية (-4  درجات فهرنهايت). ^{[ 166 ]}

في عام 2014، اكتشف باحثون في جامعة غرب أستراليا أن شظايا الجرافين النانوية قادرة على تسريع التفاعلات الكيميائية . ^{[ 167 ]} وفي عام 2015، أعلن باحثون عن محفز على المستوى الذري مصنوع من الجرافين المُطعّم بالنيتروجين والمُعزز بكميات ضئيلة من الكوبالت، والذي كان جهد بدء تشغيله مماثلاً لمحفزات البلاتين. ^{[ 168 ] [ 169 ]} وفي عام 2016، تم الإبلاغ عن مركبات الحديد والنيتروجين المدمجة في الجرافين كشكل آخر من أشكال المحفزات. وزُعم أن هذه المادة الجديدة تقترب من كفاءة محفزات البلاتين، مما يُغني عن استخدام جسيمات الحديد النانوية الأقل كفاءة. ^{[ 170 ]}

تشير الموصلية الحرارية العالية للجرافين إلى إمكانية استخدامه كمادة مضافة في سوائل التبريد. وقد أظهرت الأبحاث الأولية أن إضافة 5% من الجرافين (حجميًا) يمكن أن تزيد الموصلية الحرارية لسائل أساسي بنسبة 86%. ^{[ 171 ]} كما وُجد تطبيق آخر للجرافين، بفضل موصليته الحرارية المحسّنة، في تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR). ^{[ 15 ]}

اكتشف العلماء أن استخدام الجرافين كمادة تشحيم يتفوق على الجرافيت المستخدم تقليديًا . فقد استمرت طبقة من الجرافين بسماكة ذرة واحدة، موضوعة بين كرة فولاذية وقرص فولاذي، لمدة 6500 دورة. بينما استمرت مواد التشحيم التقليدية لمدة 1000 دورة فقط. ^{[ 172 ]}

يمكن للهوائي النانوي البلازموني المصنوع من الجرافين (GPN) أن يعمل بكفاءة عالية عند أطوال موجات الراديو المليمترية. يبلغ طول موجة البلازمون السطحي عند تردد معين عدة مئات من المرات أصغر من طول موجة الموجات الكهرومغناطيسية المنتشرة بحرية عند نفس التردد. هذه الفروقات في السرعة والحجم تُمكّن الهوائيات الفعّالة المصنوعة من الجرافين من أن تكون أصغر بكثير من البدائل التقليدية. تعمل هذه الأخيرة بترددات أكبر بمقدار 100 إلى 1000 مرة من ترددات هوائيات GPN، وتنتج 0.01 إلى 0.001 من عدد الفوتونات. ^{[ 173 ]}

تُثير موجة كهرومغناطيسية موجهة عموديًا على سطح الجرافين الجرافين في تذبذبات تتفاعل مع تلك الموجودة في المادة العازلة التي يُثبّت عليها الجرافين، مُشكّلةً بذلك بلازمونات سطحية قطبية (SPP). عندما يصبح الهوائي رنينيًا (أي عندما يتناسب عدد صحيح من أطوال موجات البلازمونات السطحية مع الأبعاد الفيزيائية للجرافين)، يزداد اقتران البلازمونات السطحية بالموجات الكهرومغناطيسية بشكل كبير، مما ينقل الطاقة بكفاءة بينهما. ^{[ 173 ]}

يمكن لهوائي مصفوفة طورية بقطر 100 ميكرومتر أن ينتج حزمًا بتردد 300 جيجاهرتز بقطر لا يتجاوز بضع درجات، بدلًا من الإشعاع بزاوية 180 درجة الذي ينتجه هوائي معدني تقليدي بنفس الحجم. تشمل الاستخدامات المحتملة الغبار الذكي ، وشبكات لاسلكية منخفضة الطاقة بسرعة تيرابت ^{[ 173 ] ، والإلكترونيات الضوئية [ 174 ]} .   

التقط هوائي قضيب ذهبي نانوي الطاقة الكهرومغناطيسية وحوّلها إلى بلازمونات غرافين، على غرار هوائي الراديو الذي يحوّل موجات الراديو إلى موجات كهرومغناطيسية في كابل معدني. ويمكن التحكم مباشرةً في جبهات موجات البلازمون عن طريق ضبط هندسة الهوائي. وقد تم تركيز الموجات (عن طريق ثني الهوائي) وانكسارها (بواسطة طبقة ثنائية من الغرافين على شكل موشور، لأن الموصلية في الموشور ذي السماكة ذرتين أكبر من الموصلية في الطبقة المحيطة به ذات السماكة ذرة واحدة). ^{[ 174 ]}

يتكون الهوائي النانوي المعدني-الجرافيني البلازموني من إدخال طبقة من الأكسيد بسمك بضعة نانومترات بين قضيب نانوي ذهبي ثنائي القطب وطبقة أحادية من الجرافين. ^{[ 175 ]} تعمل طبقة الأكسيد المستخدمة هنا على تقليل تأثير النفق الكمومي بين الجرافين والهوائي المعدني. ومن خلال ضبط الجهد الكيميائي لطبقة الجرافين عبر بنية ترانزستور تأثير المجال، يتم تحقيق اقتران الأنماط المتوافقة وغير المتوافقة في الطور بين البلازمونيات الجرافينية والبلازمونيات المعدنية. ^{[ 175 ]} ويمكن تشغيل وإيقاف خصائص الهوائي النانوي المعدني-الجرافيني البلازموني عن طريق تعديل جهد البوابة الكهروستاتيكي على الجرافين.

يستوعب الجرافين نمطًا سطحيًا بلازمونيًا، ^{[ 176 ]} لوحظ مؤخرًا باستخدام تقنيات المجهر الضوئي بالأشعة تحت الحمراء في المجال القريب ^{[ 177 ] [ 178 ]} ومطيافية الأشعة تحت الحمراء ^{[ 179 ].} وتشمل التطبيقات المحتملة نطاق الترددات من تيراهيرتز إلى الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، ^{[ 180 ]} مثل مُعدِّلات ضوء تيراهيرتز والأشعة تحت الحمراء المتوسطة، ومرشحات تيراهيرتز السلبية، وكواشف ضوئية للأشعة تحت الحمراء المتوسطة، وأجهزة الاستشعار الحيوية. ^{[ 181 ] [ 182 ]}

أدى تكديس طبقات الجرافين على ركيزة من الكوارتز إلى زيادة امتصاص الموجات المليمترية (الراديو) بنسبة 90% ضمن  نطاق ترددي يتراوح بين 125 و165 جيجاهرتز، قابل للتمديد ليشمل ترددات الميكروويف والترددات المنخفضة في نطاق التيراهيرتز، مع الحفاظ على شفافيته للضوء المرئي. على سبيل المثال، يمكن استخدام الجرافين كطلاء للمباني أو النوافذ لحجب موجات الراديو. وينتج الامتصاص عن اقتران رنانات فابري-بيرو المتبادلة ، والتي تمثلها كل ركيزة من الجرافين والكوارتز. وقد استُخدمت عملية نقل وحفر متكررة للتحكم في مقاومة السطح. ^{[ 183 ] ​​[ 184 ]}

يمكن اختزال أكسيد الجرافين وأكسدته بشكل عكسي عن طريق التحفيز الكهربائي. وقد أظهرت الدراسات أن التحكم في الاختزال والأكسدة في الأجهزة ثنائية الأطراف التي تحتوي على أغشية متعددة الطبقات من أكسيد الجرافين يؤدي إلى التبديل بين أكسيد الجرافين المختزل جزئيًا والجرافين، وهي عملية تُعدّل الخصائص الإلكترونية والبصرية. ويرتبط كل من الأكسدة والاختزال بالتبديل المقاوم. ^{[ 185 ]}

تشير خصائص الجرافين إلى أنه مادة مرجعية لتوصيف المواد الموصلة للكهرباء والشفافة. تمتص طبقة واحدة من الجرافين 2.3% من الضوء الأحمر. ^{[ 186 ]}

استُخدمت هذه الخاصية لتحديد موصلية الشفافية التي تجمع بين مقاومة الطبقة وشفافيتها . استُخدم هذا المعامل لمقارنة المواد دون الحاجة إلى استخدام معاملين مستقلين ^. [ ^{187 ]}

أظهر الباحثون قدرة مادة هلامية هوائية مصنوعة من أكسيد الجرافين على خفض الضوضاء بما يصل إلى 16 ديسيبل. بلغ وزن هذه المادة 2.1 كيلوغرام للمتر المكعب (0.13 رطل/ قدم مكعب) . في المقابل، قد يصل وزن مادة امتصاص الصوت التقليدية المصنوعة من بوليستر يوريثان إلى 32 كيلوغرام للمتر المكعب (2.0 رطل/ قدم مكعب) . ومن التطبيقات المحتملة لهذه المادة خفض مستويات الصوت في مقصورات الطائرات. ^{[ 188 ] [ 189 ]}    

يُوفر وزن الجرافين الخفيف استجابة ترددية جيدة نسبيًا ، مما يُشير إلى إمكانية استخدامه في مكبرات الصوت والميكروفونات الكهروستاتيكية. ^{[ 190 ]} في عام 2015، تم عرض ميكروفون ومكبر صوت يعملان بالموجات فوق الصوتية، ويمكنهما العمل بترددات تتراوح بين 20  هرتز و500  كيلوهرتز. وقد بلغت كفاءة مكبر الصوت 99%، مع استجابة ترددية ثابتة عبر النطاق المسموع. ومن بين تطبيقاته استخدامه كبديل للراديو في الاتصالات بعيدة المدى، نظرًا لقدرة الصوت على اختراق الفولاذ والماء، على عكس موجات الراديو. ^{[ 191 ] [ 192 ]}

تشير قوة الجرافين وصلابته وخفته إلى إمكانية استخدامه مع ألياف الكربون . وقد استُخدم الجرافين كعامل تقوية لتحسين الخصائص الميكانيكية للمركبات النانوية البوليمرية القابلة للتحلل الحيوي في هندسة أنسجة العظام. ^{[ 193 ]}

كما تم استخدامه كعامل تقوية في الخرسانة . ^{[ 194 ]}

في عام 2011، أفاد الباحثون أن بنية الجرافين متعددة الطبقات ثلاثية الأبعاد، والمحاذية عمودياً، والمُعدَّلة وظيفياً، يمكن أن تكون نهجاً للمواد الحرارية البينية القائمة على الجرافين (TIMs) ذات الموصلية الحرارية الفائقة والمقاومة الحرارية البينية المنخفضة للغاية بين الجرافين والمعدن. ^{[ 195 ]}

يمكن استخدام مركبات الجرافين والمعادن في مواد التوصيل الحراري. ^{[ 196 ]}

أدى إضافة طبقة من الجرافين إلى كل جانب من طبقات النحاس إلى زيادة خصائص التوصيل الحراري للمعدن بنسبة تصل إلى 24%. يشير هذا إلى إمكانية استخدامها في وصلات أشباه الموصلات في رقائق الحاسوب. ويعود هذا التحسن إلى تغيرات في البنية النانوية والميكروية للنحاس، وليس إلى عمل الجرافين بشكل مستقل كقناة إضافية للتوصيل الحراري. يحفز الترسيب الكيميائي للبخار عند درجات حرارة عالية نمو حجم الحبيبات في طبقات النحاس، مما يُحسّن التوصيل الحراري. وكان تحسن التوصيل الحراري أكثر وضوحًا في طبقات النحاس الرقيقة، وهو أمر مفيد مع تقلص وصلات النحاس. ^{[ 197 ]}

يؤدي ربط الجرافين المُعدَّل بجزيئات السيلان إلى زيادة موصليته الحرارية ( κ ) بنسبة تتراوح بين 15 و56% تبعًا لكثافة عدد الجزيئات. ويعود ذلك إلى تحسين التوصيل الحراري داخل المستوى نتيجةً للزيادة المتزامنة في المقاومة الحرارية بين الجرافين والركيزة، مما يحد من تشتت الفونونات عبر المستوى . وقد تضاعفت قدرة الجرافين على نشر الحرارة. ^{[ 198 ]}

ومع ذلك، فإن عدم التطابق عند الحدود بين البلورات المتجاورة أفقيًا يقلل من انتقال الحرارة بمعامل 10. ^{[ 199 ]}