Особые возможности микроскопических нанослоев графена часто теряются, когда слои собираются в фольгу, поскольку они удерживаются вместе только за счет относительно слабых взаимодействий - в первую очередь водородных связей. Подходы, направленные на улучшение механических свойств графеновой фольги за счет введения более сильных взаимодействий, были успешными лишь частично, оставляя особые возможности для улучшения растяжимости и ударной вязкости материалов.

Команда под руководством Сюйчжоу Янь из Шанхайского университета Цзяо Тонг (Китай) применила новый подход: они сшили нанослои графена с механически связанными молекулами, строительные блоки которых не связаны химически, а скорее неразрывно связаны пространственно. Исследователи решили использовать ротаксаны в качестве связующих звеньев. Ротаксан - это "колесо" (большая молекула в форме кольца), которое "нанизано" на "ось" (молекулярную цепь). Массивные соединения закрывают оси, предотвращая соскальзывание колес с резьбы. Команда разработала свою ось с использованием заряженной группы (аммония), которая удерживает колесо в определенном положении. Молекулярный "якорь" (ОН-группа) был прикреплен как к оси, так и к колесу с помощью линкера. Графен был окислен с образованием оксида графена, который образует множество кислородсодержащих групп с обеих сторон графенового слоя. К ним относятся карбоксильные группы, которые могут связываться с ОН-группами (этерификация). Эта реакция позволяет колесу и оси сшивать слои, после чего оксид графена восстанавливается обратно до графена.

Когда эти пленки растягиваются или изгибаются, необходимо преодолеть силы притяжения между колесом и аммиачной группой на оси, что увеличивает прочность на растяжение. Повышенное напряжение в конечном итоге приводит к тому, что ось протягивается через колесо до тех пор, пока не "ударится" о торцевую крышку. Это движение удлиняет ротаксановые перемычки, позволяя слоям скользить друг по другу, что значительно повышает растяжимость пленки.

Гибкие электроды, изготовленные из этой графен-ротаксановой фольги, можно растягивать до 20% или многократно сгибать без повреждения. Они также сохраняют свою высокую электропроводность. Только растяжение более чем на 23% приводит к разрушению. Новая пленка оказалась значительно прочнее, чем пленка без ротаксанов (247,3 против 74,8 МПа), а также более эластичной (23,6 против 10,2 %) и более жесткой (23,9 против 4,0 МДж/м³). Команда также создала простой "захватный инструмент" с механическими шарнирами, которые были оснащены новыми пленками и приводились в действие с их помощью.