Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη αριθμητικών τεχνικών με σκοπό την ακριβή και αποδοτική μοντελοποίηση του γραφενίου, ανεξάρτητα από το εφαρμοζόμενο πεδίο πόλωσης και τη συχνότητα, όπου η έλλειψη ενός γενικευμένου και αξιόπιστου μοντέλου είναι φανερή. Αφού επαληθευτεί με επιτυχία η ορθότητα των προτεινόμενων αλγορίθμων, μέσω σύγκρισης με αναλυτικές λύσεις, σχεδιάζονται προηγμένες διατάξεις, έτσι ώστε να μελετηθούν αξιοσημείωτα φαινόμενα στην επιφάνεια του γραφενίου και να προταθούν συσκευές για το παρθένο φάσμα των μακρινών υπέρυθρων συχνοτήτων. Επιπρόσθετα, εξάγονται οι διαδιδόμενοι ρυθμοί σε κυματοδηγούς γραφενίου, μέσω αριθμητικής επίλυσης του προβλήματος ιδιοτιμών της εξίσωσης Helmholtz, στο πεδίο της συχνότητας, και πάλι ανεξάρτητα από το εφαρμοζόμενο πεδίο πόλωσης.