本发明涉及纳米材料技术领域，特别涉及一种碳气凝胶及其制备方法和压力传感器。
背景技术：
气凝胶具有比表面积大、孔隙率大、密度小、热导率低等特点，在电子工业、航空航天、能源、化工、工业催化、环保等领域有着巨大的应用潜力。最常见的气凝胶是二氧化硅气凝胶，已被广泛应用于隔热、隔音和减震等领域。近年来，碳气凝胶尤其是石墨烯气凝胶获得了科研人员和工业界的广泛关注。石墨烯是具有高电导率(1×106s/m)、高模量(1tpa)、高强度(130gpa)高比表面积(2630m2/g)等优异性能的新型二维材料，以石墨烯为主体构成气凝胶可以赋予气凝胶新的优异特性，比如高强度、耐压缩、高电导率等。
化学气相沉积和氧化还原法是实现石墨烯大规模制备的主要方法，以这两种方法为基础发展了两大类制备石墨烯气凝胶的方法：模板气相沉积法和溶液自组装法。模板气相沉积法在泡沫镍或二氧化硅海绵等三维多孔材料上先通过化学气相沉积出连续的管状石墨烯三维网络，再刻蚀掉多孔基底，然后进一步干燥和热处理之后得到石墨烯气凝胶。这种方法制备的石墨烯气凝胶虽然结晶度高，电学和力学性能优异，但是其微观结构取决于基底的多孔材料，不易对其进行调控，同时难以克服需要复杂工艺和极高温度热处理(2250℃)带来的高成本的问题。溶液自组装法和模板气相沉积法相比，无需沉积模板，所以其结构和性质很容易调控，同时不需要复杂的工艺和超高的处理温度，成本低，更适合工业化。但是现有的溶液自组装法得到的碳气凝胶力学和电学性能不好，无法和模板气相沉积法相比拟。即使在溶液自组装法中通过复合碳纳米管或高分子来固定石墨烯网络，得到的的气凝胶也不具备全向可压缩超弹性、全向可回复压缩性，同时强度和导电性都不高。所述的全向可压缩超弹性或全向可回复压缩性即沿其三维坐标系(x-y-z)的任意方向具有超弹性或受压缩后撤掉压力后均能回复到压缩长度的60％以上的性质。
综上所述，目前尚未有低成本、可控性好的制备具有全向可压缩超弹性、全向可回复压缩性、高强度和高电导率的的碳气凝胶的报道。
而具备全向可压缩超弹性、全向可回复压缩性、高强度和高电导率的碳气凝胶不仅在构筑新型耐压缩的柔性电池、超级电容器、传感器、制动器等电子学器件中起决定作用，而且对未来发展基于碳气凝胶的碳生物组织支架、超轻机械阻尼多孔材料以及超轻隔热/隔音多孔材料至关重要。因此，发展一种制备步骤简捷、可控性好、制备具有全向可压缩超弹性、高强度和高电导率的碳气凝胶的方法具有重要的科学意义和应用价值。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足，开发一种具有全向可压缩超弹性、全向可回复压缩性、高强度的和高导电性的碳气凝胶，并提供了其制备方法。
本发明的另一个目的是：基于这种具备全向可压缩超弹性、全向可回复压缩性、高强度和高导电性的碳气凝胶，提供一种可全向探测压力、探测下限低的和高灵敏度的触觉和压力传感器。
特别地，本发明提供的碳气凝胶是一种组合物，其特征是：由石墨烯或部分还原的氧化石墨烯和无定形碳通过“砖泥”结构构筑形成的碳气凝胶；所述“砖泥”结构是指由单层或若干层的石墨烯或部分还原的氧化石墨烯作为“砖”，无定形碳作为“泥”包覆或部分包覆所述石墨烯或部分还原的氧化石墨烯，以使石墨烯或部分还原的氧化石墨烯和无定形碳衔接而成类似“砖泥”结构的多孔网络状复合结构；其组分的重量百分比为：石墨烯或部分还原的氧化石墨烯0.1-99.9％，无定形碳0.1％-99.9％。
优选地，所述碳气凝胶具有全向可压缩超弹性，具有全向可回复压缩性。
优选地，所述碳气凝胶宏观上是多孔泡沫状。形状、尺寸和维度不限，密度可低于0.2mg/cm3。孔径大小范围不限，优选地可为1nm-500μm。沿着不同方向均具有优异的弹性和可回复压缩性，即具备全向可压缩超弹性和全向可回复压缩性。压缩强度可大于500kpa，电导率可大于80s/m。
进一步地，由石墨烯和无定形碳形成的所述碳气凝胶，其组成为碳元素，不含其他元素；由部分还原的氧化石墨烯和无定形碳形成的所述碳气凝胶，其组成为氧和碳元素，不含其他元素；
其中，所述碳气凝胶的氧元素原子百分比≤1％时，所述碳气凝胶为全碳气凝胶。
优选地，所述的碳气凝胶氧元素原子百分比≥0.01％，其余全部为碳元素。
优选地，所述的全碳气凝胶氧元素原子百分比≥0.01％且≤1％，其余全部为碳元素。
进一步地，所述的碳气凝胶中组成元素比例任意可调。
可选地，所述的碳气凝胶的组成元素中氧元素的原子百分比可以控制在60％-50％，其余全部为碳元素。
可选地，所述的碳气凝胶的组成元素中氧元素的原子百分比可以控制在50％-20％，其余全部为碳元素。
可选地，所述的碳气凝胶的组成元素中氧元素的原子百分比可以控制在20％-10％，其余全部为碳元素。
可选地，所述的碳气凝胶的组成元素中氧元素的原子百分比可以控制在10％-5％，其余全部为碳元素。。
可选地，所述的碳气凝胶的组成元素中氧元素的原子百分比可以控制在5％-3％，其余全部为碳元素。
可选地，所述的碳气凝胶的组成元素中氧元素的原子百分比可以控制在3％-1％，其余全部为碳元素。
可选地，所述的全碳气凝胶的组成元素中氧元素的原子百分比可以控制在0.1％-1％，其余全部为碳元素。
可选地，所述的全碳气凝胶的组成元素中氧元素的原子百分比可以控制在0％-0.6％，其余全部为碳元素。
可选地，所述的全碳气凝胶的组成元素中氧元素的原子百分比可以控制在0％-0.1％，其余全部为碳元素。
可选地，所述的碳气凝胶的组成元素中氧元素的原子百分比可以控制在0.1％-60％，其余全部为碳元素。
本发明提供的碳气凝胶超轻，密度可低于0.5mg/cm3。
本发明提供的碳气凝胶的密度在一定范围内可调；
可选地，所述的碳气凝胶的密度范围包括低于0.2mg/cm3。
可选地，所述的碳气凝胶的密度范围包括0.2-0.5mg/cm3。
可选地，所述的碳气凝胶的密度范围包括大于0.2mg/cm3。
可选地，所述的碳气凝胶的密度范围包括大于0.5mg/cm3。
可选地，所述的碳气凝胶的密度范围包括0.51-1mg/cm3。
可选地，所述的碳气凝胶的密度范围包括1-5mg/cm3。
可选地，所述的碳气凝胶的密度范围包括0.5-3mg/cm3。
可选地，所述的碳气凝胶的密度范围包括5-15mg/cm3。
可选地，所述的碳气凝胶的密度范围包括15-30mg/cm3。
可选地，所述的碳气凝胶的密度范围包括30-50mg/cm3。
可选地，所述的碳气凝胶的密度范围包括40-50mg/cm3。
可选地，所述的碳气凝胶的密度范围包括50-100mg/cm3。
可选地，所述的碳气凝胶的密度范围包括100-200mg/cm3。
进一步地，所述的碳气凝胶的孔径范围在一定范围内可调；优选地，在1nm-500μm内可调。
可选地，所述的碳气凝胶的孔径范围包括1nm-100nm。
可选地，所述的碳气凝胶的孔径范围包括1nm-100nm。
可选地，所述的碳气凝胶的孔径范围包括100nm-10μm。
可选地，所述的碳气凝胶的孔径范围包括10μm-50μm。
可选地，所述的碳气凝胶的孔径范围包括50μm-200μm。
可选地，所述的碳气凝胶的孔径范围包括200μm-250μm。
可选地，所述的碳气凝胶的孔径范围包括大于250μm。
进一步地，所述的碳气凝胶具有可压缩超弹性、可回复压缩性；
特别地，所述的碳气凝胶具有全向可压缩超弹性、全向可回复压缩性；
其中，所述全向可压缩超弹性是指所述气凝胶沿其任意方向压缩后撤掉压力时能恢复到原始长度；所述全向可回复压缩性是指所述气凝胶沿其任意方向压缩后撤掉压力时能恢复原始长度的60％以上。
进一步地，所述的全向可压缩超弹性和全向可压缩回复性的应变在范围在0.1-99.9％内可调。
可选地，所述的全向可压缩超弹性和全向可压缩回复性的应变范围包括0.1-20％。
可选地，所述的全向可压缩超弹性和全向可压缩回复性的应变范围包括20-40％。
可选地，所述的全向可压缩超弹性和全向可压缩回复性的应变范围包括40％-60％。
可选地，所述的全向可压缩超弹性和全向可压缩回复性的应变范围包括60-80％。
可选地，所述的全向可压缩超弹性和全向可压缩回复性的应变范围包括70-90％。
可选地，所述的全向可压缩超弹性和全向可压缩回复性的应变范围包括90-95.9％。
可选地，所述的全向可压缩超弹性和全向可压缩回复性的应变范围包括96-99.9％。
可选地，所述的全向可压缩超弹性和全向可压缩回复性的应变范围包括98.5-99.9％。
进一步地，所述的碳气凝胶的具有超轻和高强度的特点。能承受达自身重量若干重物压缩而保持其结构完整性。密度、石墨烯和无定形碳比例、热处理的时间均能调控气凝胶的能承受的(能承受指压缩而保持其结构完整性)重物质量和自身重量的比值。
优选地，所述的气凝胶的能承受的重物质量和自身重量的比值可达10万以上。
可选地，所述的气凝胶的能承受的重物质量和自身重量的比值可小于等于1万。
可选地，所述的气凝胶的能承受的重物质量和自身重量的比值的范围包括1万-5万。
可选地，所述的气凝胶的能承受的重物质量和自身重量的比值的范围包括5.1万-10万。
可选地，所述的气凝胶的能承受的重物质量和自身重量的比值的范围包括10万-20万。
可选地，所述的气凝胶的能承受的重物质量和自身重量的比值的范围可达10万以上。
可选地，所述的气凝胶的能承受的重物质量和自身重量的比值的范围包括20万-50万。
可选地，所述的气凝胶的能承受的重物质量和自身重量的比值的范围包括30万-50万。
可选地，所述的气凝胶的能承受的重物质量和自身重量的比值的范围可达30万以上。
进一步地，所述碳气凝胶宏观上呈任意几何形状的多孔泡沫状；所述碳气凝胶可被加工或被切割成任意几何形状。
优选地，所述的碳气凝胶宏观上呈任意几何形状的多孔泡沫；可被加工或被切割成任意形状。包括规则的球体、立方体、圆柱体、多边形柱体；不规则的几何体；任意形状的薄片、薄膜；纤维以及纳米线。
优选地，所述的碳气凝胶宏观尺寸上不限，最薄可达1纳米。
优选地，所述的碳气凝胶维度上不限，包括三维，如任意几何形状的块体状；二维，如纳米片、薄膜；一维，如纳米纤维、纳米线状；零维，如纳米球。
进一步地，所述的“砖泥”结构是指由单层至几层的石墨烯或部分还原的氧化石墨烯片层作为“砖”，热解添加剂产生的无定形碳作为“泥”衔接而成的类似“砖泥”结构的多孔网络状复合结构；其组分的重量百分比为：石墨烯或部分还原的氧化石墨烯0.1-99.9％，无定形碳0.1％-99.9％。
优选地，石墨烯10％-90％，无定形碳10％-80％。
优选地，石墨烯50％-80％，无定形碳20％-50％。
本发明还提供了一种全向可压缩超弹性碳气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
将添加剂和氧化石墨烯分散到溶剂中形成氧化石墨烯和添加剂混合溶液；
将所述混合溶液进行干燥，获得含添加剂的氧化石墨烯气凝胶；
在惰性气体保护下高温热处理含添加剂氧化石墨烯气凝胶，得到碳气凝胶或者全碳气凝胶。
进一步地，所述添加剂为单糖、双糖、低聚糖或者多糖中的一种或几种；
优选地，所述单糖为葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖中的一种或几种；
优选地，所述双糖为麦芽糖、蔗糖、乳糖中的一种或几种；
优选地，所述低聚糖为棉子糖和水苏糖中的一种或几种；
优选地，所述多糖为淀粉、纤维素、糖原、木糖中的一种或几种。
进一步地，所述溶剂为用于分散所述添加剂和所述氧化石墨烯的溶剂，常用的为水和有机溶剂；
优选地，所述溶剂为水、乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、四氯化碳中的一种或几种的混合液。
进一步地，所述用于干燥含添加剂和氧化石墨烯的混合溶液的干燥方法不限；
优选地，所述用于干燥含添加剂和氧化石墨烯的混合溶液的干燥方法为冷冻干燥、超临界干燥、真空干燥和常压热干燥中的一种或几种。
进一步地，所述高温热处理的温度范围不限，所述高温热处理的时间不限；
优选地，所述高温热处理的温度范围为200-2500℃；
优选地，所述高温热处理的时间为0.1-100h。
进一步地，所述的高温热处理过程中，采用较高的热处理的温度和较长热处理的时间有利于获得较高还原程度和较低含氧量的碳气凝胶，甚至没有氧的全碳气凝胶。
可选地，所述的碳气凝胶包括轻度还原的碳气凝胶，其氧元素的原子百分比量为10％-60％。
可选地，所述的碳气凝胶包括中度还原的碳气凝胶，其氧元素的原子百分比量为1％-10％。
可选地，所述的碳气凝胶(包括全碳气凝胶)包括高度还原的碳气凝胶(包括全碳气凝胶)，其氧元素的原子百分比量为0.5％-1％。
可选地，所述的碳气凝胶(包括全碳气凝胶)包括极高度还原的碳气凝胶(包括全碳气凝胶)，其氧元素的原子百分比量为≤0.5％。
可选地，所述的碳气凝胶(包括全碳气凝胶)具有“砖泥”结构。所述的“砖泥”结构是指由单层至几层的石墨烯片层作为“砖”，而添加剂热解产生的无定形碳作为“泥”衔接而成的类似“砖泥”结构的多孔网络状复合结构。
进一步地，所述的碳气凝胶(包括全碳气凝胶)具有全向可压缩超弹性、全向可回复压缩性、高强度的和高导电性。
本发明和现有技术相比具有的有益效果：
(1)与模板气相沉积法相比，本发明制备碳气凝胶(包括全碳气凝胶)的方法不需要化学气相沉积的步骤，因此不需要复杂的化学气相沉积设备，制备方法简捷、成本低。模板气相沉积法利用多孔金属作为基底沉积石墨烯，所以其微观结构取决于多孔金属的结构，为管状石墨烯形成的网络；而本发明制备的“砖泥”结构碳气凝胶是由片层状石墨烯和无定形碳组成的复合结构网络，有的情况下还可以得到由卷曲石墨烯片层状但未封闭成管状石墨烯和无定形碳组成的复合结构碳气凝胶网络；二者的微观结构和组成成分均有很大差异。
(2)与现有的溶液自组装法相比，本发明制备的“砖泥”结构碳气凝胶(包括全碳气凝胶)是由石墨烯和糖类热解生成的无定形碳组成，和现有的溶液自组装法制备的气凝胶的组成成分(即由高分子和石墨烯、石墨烯和碳纳米管或只有石墨烯)不同。本发明的“砖泥”结构中由于无定形碳和石墨烯之间强烈的π-π相互作用产生的协同效应，使所制备的碳气凝胶多孔网络更加坚固，具有了全向可压缩超弹性和全向可回复压缩性，强度和电导率远远大于现有的溶液自组装法制备的气凝胶。
(3)与热解壳聚糖和氧化石墨烯混合物的方法(naturecommunications，2016,7,12920)相比，本发明制备的碳气凝胶元素组成为碳元素和部分氧元素，而热解壳聚糖和氧化石墨烯混合物的方法制备的气凝胶的组成不仅含有碳元素和氧元素还含有6％氮元素，所以二者构成元素成分差异很大。本发明制备气凝胶采用的添加剂为小分子的糖类，和热解壳聚糖和氧化石墨烯混合物的方法采用的高分子壳聚糖有本质上的不同。本发明的制备过程中不需要用液氮对混合液体做处理。本发明制备的碳气凝胶网络更加坚固，具有全向了超弹性和全向可回复压缩性，强度和电导率远远大于上述方法制备的气凝胶。
(4)所述的具有“泥砖结构”的石墨烯和无定形碳的复合网络结构的碳气凝胶(包括全碳气凝胶)，具有全向可压缩超弹性、全向可回复压缩性、高强度的和高导电性，可用于构筑新型耐压缩的柔性电池、超级电容器、传感器、制动器等电子学器件。也可作为碳生物组织支架、超轻机械阻尼多孔材料以及超轻隔热/隔音多孔材料。
本发明提供一种压力传感器，可用于探测碳气凝胶任意方向的压力；其结构为：如前所述的碳气凝胶、电极以及测量所述电极与碳气凝胶之间电阻值的电信号测量装置。气凝胶和电极之间存在导电银胶，用于消除接触电阻对于信号的影响。
其中所述的压力传感器，采用体电阻效应作为其传感机理，探测力范围大，灵敏度较高，能耗低，稳定性好，可探测任意方向上的压力。
本发明还提供了一种触觉和压力传感器，可用于探测碳气凝胶任意方向的触觉和压力；其结构为：如前所述的碳气凝胶、碳气凝胶表面接触的电极以及测量所述电极与碳气凝胶之间电阻值的电信号测量装置。
本发明提供的触觉和压力传感器是基于上述碳气凝胶的一种可全向探测压力的、探测下限低的和高灵敏度的传感器。
本发明提供的触觉和压力传感器，采用界面接触电阻效应而不是体压阻效应作为传感机理，探测力下限可达小于等于15pa(10pa左右对应人触觉上的轻轻的触碰)，灵敏度可调；优选地，可高达10/kpa，能耗可调；优选地，可低于30μw。
可选地，电极和碳海绵之间的接触界面不存在任何粘结剂或者机械连接固定。
进一步地，传感器的输出的电信号不限。在具体的实施例中，传感器输出的电信号可为电流、电压、电阻。
进一步地，通过采用不同气凝胶作为工作材料控制所述气凝胶压力传感器的探测下限和工作范围。
可选地，所述的传感器包括针对小压力，探测下限小于等于15pa的触觉传感器。
可选地，所述的传感器包括针对中等压力，探测下限小于等于50pa的触觉传感器。
可选地，所述的传感器还可以包括针对较小压力，工作范围为15pa-200pa的压力传感器。
可选地，所述的传感器包括针对中等压力，工作范围为200pa-10kpa的压力传感器。还可以包括针对中等压力，工作范围为100pa-5kpa的压力传感器。
可选地，所述的传感器包括针对大压力，工作范围为大于10kpa的压力传感器。
可选地，所述的传感器包括针对大压力，工作范围为大于100kpa的压力传感器。
优选地，所述触觉和压力传感器采用导电的碳材料作为电极和导线，得到的传感器为全碳触觉和压力传感器。
进一步地，所述的全碳触觉和压力传感器质量超轻。
进一步地，所述的全碳触觉和压力传感器能在极端恶劣环境下工作。工作温度范围宽，能在极低温下正常工作；耐酸、碱和盐的腐蚀。
本发明和现有技术相比具有的有益效果：
所述的基于全向可压缩超弹性、高强度的和高电导率的碳气凝胶的可以探测沿任意方向上压力的触觉和压力传感器，不仅扩大了传感器的工作范围和提高了工作能力，降低传感器的布置成本。其探测下限低，灵敏度高，适合作为人体健康信号的监测和机械仿生手的触觉传感器。特别地，当采用碳纳米管或石墨烯等导电碳材料作为电极和导线时，可制备全碳的传感器。全碳的传感器具有质量轻、工作温度范围宽、耐酸碱和盐腐蚀的特点，在航空航天、强腐蚀环境等特殊的需要触觉和压力探测的场合具有广泛的应用前景。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
附图1是本发明实施例的碳气凝胶的微观图像；
附图2是本发明实施例的碳气凝胶压缩时应力-应变曲线；
附图3是本发明实施例的碳气凝胶沿某一轴向压缩时应力-应变曲线；
附图4是本发明实施例的碳气凝胶沿另一轴向压缩时应力-应变曲线；
附图5是本发明实施例的碳气凝胶沿另一轴向压缩时应力-应变曲线；
附图6是本发明实施例13能探测任意方向上触觉和压力的触觉和压力传感器的截面示意图；
附图7是本发明实施例14能探测任意方向上触觉和压力的触觉和压力传感器的截面示意图；
附图8是本发明实施例15能探测八个不同方向上触觉和压力的触觉和压力传感器的截面示意图；
附图9是本发明实施例16能探测六个不同方向上触觉和压力的触觉和压力传感器的截面示意图；
附图10是本发明实施例17能探测八个不同方向上触觉和压力的触觉和压力传感器的截面示意图；
附图11是本发明实施例18能探测六个不同方向上触觉和压力的触觉和压力传感器的截面示意图；
附图12是本发明实施例19能探测两个不同方向上触觉和压力的触觉和压力传感器的示意图；
附图13是本发明碳气凝胶的制备方法。
图中标记说明：
图中标号：1、位于气凝胶中心的电极；2、电信号测量装置；3、可沿任意方向自由活动的电极；4、球形气凝胶；5、任意方向的一个方向矢量；6、方向矢量在xoy平面内的投影；7、方向矢量和z轴的夹角；8、方向矢量在xoy平面内投影和x轴正方向的夹角；9、圆柱形气凝胶；10、位于气凝胶柱面的八个不同方向上均匀分布的电极；11、位于气凝胶表面的叉指电极3、薄膜形气凝胶。
具体实施方式
通过实施实例对本发明进行具体描述，本实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，其他人根据上述发明的内容做出一些非本质性的改变和调整，均属于本发明的保护范围。
本发明提供的碳气凝胶及其制备方法和压力传感器，由石墨烯或部分还原的氧化石墨烯和无定形碳通过“砖泥”结构构筑形成；所述“砖泥”结构是指由若干层的石墨烯或部分还原的氧化石墨烯作为“砖”，无定形碳作为“泥”包覆或部分包覆所述石墨烯或部分还原的氧化石墨烯，以使石墨烯或部分还原的氧化石墨烯和无定形碳衔接而成类似“砖泥”结构的多孔网络状复合结构；其组分的重量百分比为：石墨烯或部分还原的氧化石墨烯0.1-99.9％，无定形碳0.1％-99.9％，其组成为氧和碳元素中的一种或两种组合；在组合中其中，碳气凝胶的氧元素原子百分比≤1％时，碳气凝胶可以称为全碳气凝胶。
如图1所示，碳气凝胶宏观上呈任意几何形状的多孔泡沫状。可以被加工或被切割成任意几何形状；形状、尺寸和维度不限；密度可低于0.2mg/cm3；孔径大小范围不限，优选地为1nm-500μm；压缩强度可大于500kpa；如图2-5所示，其碳气凝胶具有全向可压缩超弹性、全向可回复压缩性和导电性；其中，全向可压缩超弹性是指所述碳气凝胶沿其任意方向压缩后撤掉压力时能恢复到原始长度；全向可回复压缩性是指所述碳气凝胶沿其任意方向压缩后撤掉压力时能恢复原始长度的60％以上。
如图13，全向可压缩超弹性碳气凝胶的制备方法，包括以下步骤：1)将添加剂和氧化石墨烯分散到溶剂中形成氧化石墨烯和添加剂混合溶液；2)将所述混合溶液进行干燥，获得含添加剂的氧化石墨烯气凝胶；3)在惰性气体保护下高温热处理含添加剂氧化石墨烯气凝胶，得到碳气凝胶或者全碳气凝胶。
其中添加剂为单糖、双糖、低聚糖或者多糖中的一种或几种；
优选地，单糖为葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖中的一种或几种；
优选地，双糖为麦芽糖、蔗糖、乳糖中的一种或几种；
优选地，低聚糖为棉子糖和水苏糖中的一种或几种；
优选地，多糖为淀粉、纤维素、糖原、木糖中的一种或几种。
其中溶剂为用于分散所述添加剂和氧化石墨烯的水和有机溶剂；
优选地，溶剂为水、乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、四氯化碳中的一种或几种的混合液。
其中用于干燥含添加剂和氧化石墨烯的混合溶液的干燥方法为冷冻干燥、超临界干燥、真空干燥和常压热干燥中的一种或几种。
其中述高温热处理的温度范围不限，所述高温热处理的时间不限；
优选地，所述高温热处理的温度范围为200-2500℃；
优选地，所述高温热处理的时间为0.1-100h。
在制备过程中添加剂包覆或者部分包覆在氧化石墨烯片层的表面，同时附着在氧化石墨烯片层和片层之间的缝隙处，经过热处理后，氧化石墨烯被还原成石墨烯或部分还原的氧化石墨烯；而添加剂被热解并且碳化产生无定形碳，包覆或者部分包覆在还原或者部分还原的氧化石墨烯片层(常常亦简称之为石墨烯片层)的表面，同时填充或者部分填充在还原或者部分还原的氧化石墨烯片层与片层之间的缝隙处，起到了较强的衔接或者焊接作用；形成“砖泥”结构。降温后，“砖泥”结构得到保持，得到具有全向可压缩超弹性的碳气凝胶(包括全碳气凝胶)；本发明的“砖泥”结构碳气凝胶(包括全碳气凝胶)不仅具备了全向可压缩超弹性、全向可压缩回复性，而且其强度和电导率远大于其他用氧化石墨烯制备的碳气凝胶。
本发明提供一种压力传感器，可用于探测碳气凝胶任意方向的压力；其结构为：如前所述的碳气凝胶、电极以及测量所述电极与碳气凝胶之间电阻值的电信号测量装置。气凝胶和电极之间存在导电银胶，用于消除接触电阻对于信号的影响。
其中所述的压力传感器，采用体电阻效应作为其传感机理，探测力范围大而且可调，灵敏度较高而且可调，能耗低，稳定性好，可探测任意方向上的压力。本发明还提供了一种触觉和压力传感器，可用于探测碳气凝胶任意方向的触觉和压力；其结构为：如前所述的碳气凝胶、碳气凝胶表面接触的电极以及测量所述电极与碳气凝胶之间电阻值的电信号测量装置。
其中所述的触觉和压力传感器，采用界面接触电阻效应而不是体压阻效应作为传感机理，探测力下限可达小于等于15pa(10pa左右对应人触觉上的轻轻的触碰)，灵敏度可调，优选地可高达100/kpa，能耗可调，优选地可低于30μw。
可选地，电极和碳海绵之间的接触界面不存在任何粘结剂或者机械连接固定。
进一步地，传感器的输出的电信号不限。在具体的实施例中，传感器输出的电信号可为电流、电压、电阻。
进一步地，通过采用不同气凝胶作为工作材料控制所述气凝胶压力传感器的探测下限和工作范围。
可选地，所述的传感器包括针对小压力，探测下限小于等于15pa的触觉传感器。
可选地，所述的传感器包括针对中等压力，探测下限小于等于50pa的触觉传感器。
可选地，所述的传感器包括针对较小压力，工作范围为15pa-200pa的压力传感器。
可选地，所述的传感器包括针对中等压力，工作范围为200pa-10kpa的压力传感器。
可选地，所述的传感器还可以包括针对中等压力，工作范围为100pa-5kpa的压力传感器。
可选地，所述的传感器包括针对大压力，工作范围为大于10kpa的压力传感器。
可选地，所述的传感器包括针对大压力，工作范围为大于100kpa的压力传感器。
优选的，触觉和压力传感器采用导电的碳材料作为电极和导线，得到的传感器为全碳触觉和压力传感器，其中电极是指与碳气凝胶不发生化学反应的导电材料。优选地，金、银、铜等金属及其复合物构成的刚性的电极；碳纳米管、石墨烯、金属纳米线、负载在柔性基底上透明导电氧化物、导电高分子及其复合物构成的柔性较好的电极，其电极数量和位置不限。
进一步地，全碳触觉和压力传感器质量超轻。
进一步地，全碳触觉和压力传感器能在极端恶劣环境下工作，工作温度范围宽，能在极低温下正常工作，耐酸、碱和盐的腐蚀。
基于全向可压缩超弹性、高强度的和高电导率的碳气凝胶的可以探测沿任意方向上压力的触觉和压力传感器，不仅扩大了传感器的工作范围和提高了工作能力，降低传感器的布置成本，其探测下限低，灵敏度高，适合作为人体健康信号的监测和机械仿生手的触觉传感器。特别地，当采用碳纳米管或石墨烯等导电碳材料作为电极和导线时，可制备全碳的传感器。全碳的传感器具有质量轻、工作温度范围宽、耐酸碱和盐腐蚀的特点，在航空航天、强腐蚀环境等特殊的需要触觉和压力探测的场合具有广泛的应用前景。
具体实施例1：
步骤(a)将10质量份的氧化石墨烯和40质量份蔗糖分散到500质量份的水中形成氧化石墨烯和添加剂分散液。
步骤(b)将氧化石墨烯和蔗糖分散液注入中空球形模具进行冷冻干燥，得到中空球形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶。
步骤(c)将中空球形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶在氮气气氛保护下600℃下热处理4h，得到中空球形碳气凝胶。
本方法得到的中空球形碳气凝胶石墨烯占80％，无定形碳占20％。氧元素所占的原子百分比为20％，为轻度还原的碳气凝胶。均具备全向可压缩超弹性，沿不同方向上的可回复压缩应变为80％-99％。强度大于700kpa。密度为10mg/cm3，电导率大于100s/m。能承受的重物质量和自身重量的比值为1万。和复合碳纳米管、pdms、ppy的石墨烯气凝胶相比，本方法制备的碳气凝胶不仅具备了全向可压缩超弹性，强度和电导率均更加优异。
本发明提供的其他实施例中，添加剂为单糖、双糖、低聚糖或者多糖中的一种或几种；添加剂和氧化石墨烯的比例任意可调；分散剂可为水和有机溶剂；热处理温度可在200-2500℃范围内变化；得到的碳气凝胶的石墨烯比例在10％-90％范围内可调；氧元素的比例在0.1％-60％内可调，其余元素为碳元素，不含其他元素；可回复应变在在0.1-99.9％内可调；密度在较大范围内可调，优选地，可大于10mg/cm3。
具体实施例2：
步骤(a)将5质量份的氧化石墨烯分散到500质量份的水中形成氧化石墨烯和添加剂分散液。
步骤(b)将氧化石墨烯分散液注入长方体形模具进行超临界干燥，得到长方体形氧化石墨烯气凝胶，添加剂所占的比例为0％，氧化石墨烯所占的比例为100％。
步骤(c)将长方体形氧化石墨烯气凝胶在氮气气氛保护下700℃下热处理4h，得到长方体形碳气凝胶。
本方法得到的碳气凝胶石墨烯占100％，不含无定形碳。氧元素所占的原子百分比为30％，为轻度还原的碳气凝胶。不具备全向可压缩超弹性，可回复应变量为0％，具有可回复压缩性，压缩后撤掉压力时均能到恢复原始长度的50％。密度为0.2mg/cm3。电导小于80s/m。
本发明提供的其他实施例中，添加剂为单糖、双糖、低聚糖或者多糖中的一种或几种；添加剂和氧化石墨烯的比例任意可调；分散剂可为水和有机溶剂；热处理温度可在200-2500℃范围内变化；得到的碳气凝胶的石墨烯比例在10％-90％范围内可调；氧元素的比例在0.1％-60％内可调，其余元素为碳元素，不含其他元素；可回复应变在在0.1-99.9％内可调；密度密度在较大范围内可调，优选地，可小于等于0.5mg/cm3。
具体实施例3
步骤(a)5质量份葡萄糖分散到500质量份乙醇中形成氧化石墨烯和添加剂分散液。
步骤(b)葡萄糖分散液注入球形进行超临界干燥，得到球形葡萄糖气凝胶添加剂所占的比例为100％，氧化石墨烯所占的比例为0％。
步骤(c)将球形葡萄糖气凝胶在氮气气氛保护下800℃下热处理0.5h，得到球形碳气凝胶。
本方法得到的球形气凝胶中无定形碳占100％，不含石墨烯。氧元素所占的原子百分比为40％，为轻度还原的碳气凝胶。不均具备全向可压缩超弹性，可回复应变量为0％，具有可回复压缩性，压缩后撤掉压力时均能到恢复原始长度的50％。密度为50mg/cm3。电导率小于100s/m。
本发明提供的其他实施例中，添加剂为单糖、双糖、低聚糖或者多糖中的一种或几种；添加剂和氧化石墨烯的比例任意可调；分散剂可为水和有机溶剂；热处理温度可在200-2500℃范围内变化；得到的碳气凝胶的石墨烯比例在10％-90％范围内可调；氧元素的比例在0.1％-60％内可调，其余元素为碳元素，不含其他元素；可回复应变在在0.1-99.9％内可调；密度在大范围内可调，优选地，密度在0.2mg/cm3-200mg/cm3范围内可调。
具体实施例4：
步骤(a)将5质量份的氧化石墨烯和1质量份葡萄糖分散到500质量份的二甲基甲酰胺中形成氧化石墨烯和添加剂分散液。
步骤(b)将氧化石墨烯和葡萄糖分散液注入薄膜形模具进行冷冻干燥，得到球壳形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶。
步骤(c)将薄膜形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶在氮气气氛保护下900℃下热处理2h，得到薄膜形碳气凝胶。
本方法得到的薄膜形碳气凝胶石墨烯占50％，无定形碳占50％。氧元素所占的原子百分比为9％，为中度还原的碳气凝胶。均具备全向可压缩超弹性，沿不同方向上的可回复压缩应变为70％-89％。强度大于700kpa。密度为15mg/cm3，电导率大于100s/m。能承受的重物质量和自身重量的比值为3万。和复合碳纳米管、pdms、ppy的石墨烯气凝胶相比，本方法制备的碳气凝胶不仅具备了全向可压缩超弹性，强度和电导率均更加优异。
本发明提供的其他实施例中，添加剂为单糖、双糖、低聚糖或者多糖中的一种或几种；添加剂和氧化石墨烯的比例任意可调；分散剂可为水和有机溶剂；热处理温度可在200-2500℃范围内变化；得到的碳气凝胶的石墨烯比例在10％-90％范围内可调；氧元素的比例在0.1％-60％内可调，其余元素为碳元素，不含其他元素；可回复应变在在0.1-99.9％内可调；密度在大范围内可调，优选地，密度在0.2mg/cm3-200mg/cm3范围内可调。
具体实施例5：
步骤(a)将5质量份的氧化石墨烯和5质量份乳糖分散到500质量份的水中形成氧化石墨烯和添加剂分散液。
步骤(b)将氧化石墨烯和乳糖分散液注入球形形模具进行冷冻干燥，得到立方体形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶。
步骤(c)将球形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶在氮气气氛保护下1000℃下热处理5h，得到球形碳气凝胶。
本方法得到的球形碳气凝胶石墨烯占20％，无定形碳占80％。氧元素所占的原子百分比为3％，为中度还原的碳气凝胶。均具备全向可压缩超弹性，沿不同方向上的可回复压缩应变为60％-89％。强度大于700kpa。密度为9mg/cm3，电导率大于100s/m。能承受的重物质量和自身重量的比值为10万。和复合碳纳米管、pdms、ppy的石墨烯气凝胶相比，本方法制备的碳气凝胶不仅具备了全向可压缩超弹性，强度和电导率均更加优异。
本发明提供的其他实施例中，添加剂为单糖、双糖、低聚糖或者多糖中的一种或几种；添加剂和氧化石墨烯的比例任意可调；分散剂可为水和有机溶剂；热处理温度可在200-2500℃范围内变化；得到的碳气凝胶的石墨烯比例在10％-90％范围内可调；氧元素的比例在0.1％-60％内可调，其余元素为碳元素，不含其他元素；可回复应变在在0.1-99.9％内可调；密度在大范围内可调，优选地，密度在0.2mg/cm3-200mg/cm3范围内可调。
具体实施例6：
步骤(a)将5质量份的氧化石墨烯和10质量份蔗糖分散到500质量份的水中形成氧化石墨烯和添加剂分散液。
步骤(b)将氧化石墨烯和蔗糖分散液注入圆柱形模具进行冷冻干燥，得到圆柱形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶。
步骤(c)将含圆柱形添加剂的氧化石墨烯气凝胶在氮气气氛保护下900℃下热处理14h，得到圆柱形碳气凝胶。
本方法得到的圆柱形碳气凝胶石墨烯占20％，无定形碳占80％。氧元素所占的原子百分比为10％，为中度还原的碳气凝胶。均具备全向可压缩超弹性，沿不同方向上的可回复压缩应变为60％-89％。强度大于700kpa。密度为4mg/cm3，电导率大于100s/m。能承受的重物质量和自身重量的比值为20万。和复合碳纳米管、pdms、ppy的石墨烯气凝胶相比，本方法制备的碳气凝胶不仅具备了全向可压缩超弹性，强度和电导率均更加优异。
本发明提供的其他实施例中，添加剂为单糖、双糖、低聚糖或者多糖中的一种或几种；添加剂和氧化石墨烯的比例任意可调；分散剂可为水和有机溶剂；热处理温度可在200-2500℃范围内变化；得到的碳气凝胶的石墨烯比例在10％-90％范围内可调；氧元素的比例在0.1％-60％内可调，其余元素为碳元素，不含其他元素；可回复应变在在0.1-99.9％内可调；密度在大范围内可调，优选地，密度在0.2mg/cm3-200mg/cm3范围内可调。
具体实施例7：
步骤(a)将5质量份的氧化石墨烯和50质量份淀粉分散到500质量份的水中形成氧化石墨烯和添加剂分散液。
步骤(b)将氧化石墨烯和淀粉分散液注入i字形模具进行冷冻干燥，得到花坛形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶。
步骤(c)将i字形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶在氮气气氛保护下1200℃下热处理40h，得到i字形碳气凝胶。
本方法得到的i字形碳气凝胶石墨烯占70％，无定形碳占30％。氧元素所占的原子百分比为0.2％，为极高度还原的碳气凝胶。均具备全向可压缩超弹性，沿不同方向上的可回复压缩应变为97％-99％。强度大于700kpa。密度为50mg/cm3，电导率大于100s/m。能承受的重物质量和自身重量的比值为30万。和复合碳纳米管、pdms、ppy的石墨烯气凝胶相比，本方法制备的碳气凝胶不仅具备了全向可压缩超弹性，强度和电导率均更加优异。
本发明提供的其他实施例中，添加剂为单糖、双糖、低聚糖或者多糖中的一种或几种；添加剂和氧化石墨烯的比例任意可调；分散剂可为水和有机溶剂；热处理温度可在200-2500℃范围内变化；得到的碳气凝胶的石墨烯比例在10％-90％范围内可调；氧元素的比例在0.1％-60％内可调，其余元素为碳元素，不含其他元素；可回复应变在在0.1-99.9％内可调；密度在大范围内可调，优选地，密度在0.2mg/cm3-200mg/cm3范围内可调。
具体实施例8：
步骤(a)将10质量份的氧化石墨烯和10质量份麦芽糖分散到500质量份的水中形成氧化石墨烯和添加剂分散液。
步骤(b)将氧化石墨烯和麦芽糖分散液注入o字形模具进行真空干燥，得到o字形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶。
步骤(c)将o字形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶在氮气气氛保护下1700℃下热处理400h，得到o字形碳气凝胶。
本方法得到的o字形碳气凝胶石墨烯占30％，无定形碳占70％。氧元素所占的原子百分比为0.01％，为极高度还原的碳气凝胶。均具备全向可压缩超弹性，沿不同方向上的可回复压缩应变为20％-80％。强度大于700kpa。密度为10mg/cm3，电导率大于100s/m。能承受的重物质量和自身重量的比值为40万。和复合碳纳米管、pdms、ppy的石墨烯气凝胶相比，本方法制备的碳气凝胶不仅具备了全向可压缩超弹性，强度和电导率均更加优异。
本发明提供的其他实施例中，添加剂为单糖、双糖、低聚糖或者多糖中的一种或几种；添加剂和氧化石墨烯的比例任意可调；分散剂可为水和有机溶剂；热处理温度可在200-2500℃范围内变化；得到的碳气凝胶的石墨烯比例在10％-90％范围内可调；氧元素的比例在0.1％-60％内可调，其余元素为碳元素，不含其他元素；可回复应变在在0.1-99.9％内可调；密度在大范围内可调，优选地，密度在0.2mg/cm3-200mg/cm3范围内可调。
具体实施例9：
步骤(a)将20质量份的氧化石墨烯和20质量份纤维素分散到500质量份的二甲基甲酰胺中形成氧化石墨烯和添加剂分散液。
步骤(b)将氧化石墨烯和纤维素分散液注入立方体形模具进行普通热干燥，得到立方体形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶。
步骤(c)将立方体形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶在氮气气氛保护下600℃下热处理4h，得到碳气凝胶。
本方法得到的立方体形碳气凝胶石墨烯占50％，无定形碳占50％。氧元素所占的原子百分比为30％，为轻度还原的碳气凝胶。均具备全向可压缩超弹性，沿不同方向上的可回复压缩应变为87％-99.9％。强度大于700kpa。密度为0.2mg/cm3，电导率大于100s/m。能承受的重物质量和自身重量的比值为50万。和复合碳纳米管、pdms、ppy的石墨烯气凝胶相比，本方法制备的碳气凝胶不仅具备了全向可压缩超弹性，强度和电导率均更加优异。
本发明提供的其他实施例中，添加剂为单糖、双糖、低聚糖或者多糖中的一种或几种；添加剂和氧化石墨烯的比例任意可调；分散剂可为水和有机溶剂；热处理温度可在200-2500℃范围内变化；得到的碳气凝胶的石墨烯比例在10％-90％范围内可调；氧元素的比例在0.1％-60％内可调，其余元素为碳元素，不含其他元素；可回复应变在在0.1-99.9％内可调；密度在大范围内可调，优选地，密度在0.2mg/cm3-200mg/cm3范围内可调。
具体实施例10：
步骤(a)将50质量份的氧化石墨烯和50质量份棉子糖分散到500质量份的乙醇中形成氧化石墨烯和添加剂分散液。
步骤(b)将氧化石墨烯和棉子糖分散液注入薄膜形模具进行超临界干燥，得到薄膜形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶。
步骤(c)将薄膜形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶在氮气气氛保护下500℃下热处理4h，得到薄膜形碳气凝胶。
本方法得到的薄膜形碳气凝胶石墨烯占80％，无定形碳占20％。氧元素所占的原子百分比为40％，为轻度还原的碳气凝胶。均具备全向可压缩超弹性，沿不同方向上的可回复压缩应变为80％-85％。强度大于700kpa。密度为2mg/cm3，电导率大于100s/m。能承受的重物质量和自身重量的比值为5万。和复合碳纳米管、pdms、ppy的石墨烯气凝胶相比，本方法制备的碳气凝胶不仅具备了全向可压缩超弹性，强度和电导率均更加优异。
本发明提供的其他实施例中，添加剂为单糖、双糖、低聚糖或者多糖中的一种或几种；添加剂和氧化石墨烯的比例任意可调；分散剂可为水和有机溶剂；热处理温度可在200-2500℃范围内变化；得到的碳气凝胶的石墨烯比例在10％-90％范围内可调；氧元素的比例在0.1％-60％内可调，其余元素为碳元素，不含其他元素；可回复应变在在0.1-99.9％内可调；密度在大范围内可调，优选地，密度在0.2mg/cm3-200mg/cm3范围内可调。
具体实施例11：
步骤(a)将5质量份的氧化石墨烯和5质量乳糖分散到500质量份的乙醇中形成氧化石墨烯和添加剂分散液。
步骤(b)将氧化石墨烯和乳糖分散液注入六角柱形模具进行热干燥，得到六角柱形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶。
步骤(c)将六角柱形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶在氮气气氛保护下900℃下热处理4h，得到六角柱形碳气凝胶。
本方法得到的六角柱形碳气凝胶石墨烯占60％，无定形碳占40％。氧元素所占的原子百分比为13％，为中度还原的碳气凝胶。均具备全向可压缩超弹性，沿不同方向上的可回复压缩应变为60％-95％。强度大于500kpa。密度为3mg/cm3，电导率大于100s/m。能承受的重物质量和自身重量的比值为15万。和复合碳纳米管、pdms、ppy的石墨烯气凝胶相比，本方法制备的碳气凝胶不仅具备了全向可压缩超弹性，强度和电导率均更加优异。
本发明提供的其他实施例中，添加剂为单糖、双糖、低聚糖或者多糖中的一种或几种；添加剂和氧化石墨烯的比例任意可调；分散剂可为水和有机溶剂；热处理温度可在200-2500℃范围内变化；得到的碳气凝胶的石墨烯比例在10％-90％范围内可调；氧元素的比例在0.1％-60％内可调，其余元素为碳元素，不含其他元素；可回复应变在在0.1-99.9％内可调；密度在大范围内可调，优选地，密度在0.2mg/cm3-200mg/cm3范围内可调。
具体实施例12：
步骤(a)将5质量份的氧化石墨烯和5质量份葡萄糖分散到500质量份的水中形成氧化石墨烯和添加剂分散液。
步骤(b)将氧化石墨烯和葡萄糖分散液注入球形形模具进行超临界干燥，得到球形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶。
步骤(c)将球形含添加剂的氧化石墨烯气凝胶在氮气气氛保护下1200℃下热处理4h，得到球形碳气凝胶。
步骤(d)将球形的碳气凝胶进行切割，得到厚度为1nm的二维片层状碳气凝胶。
本方法得到的二维片层状碳气凝胶石墨烯占95％，无定形碳占5％。氧元素所占的原子百分比为0.8％，为高度还原的碳气凝胶。沿片层面内方向均具备超弹性，沿不同方向上的可回复压缩应变为98％-99.9％。强度大于500kpa。密度为3mg/cm3，电导率大于100s/m。能承受的重物质量和自身重量的比值为30万。和复合碳纳米管、pdms、ppy的石墨烯气凝胶相比，本方法制备的碳气凝胶不仅具备了全向可压缩超弹性，强度和电导率均更加优异。
本发明提供的其他实施例中，添加剂为单糖、双糖、低聚糖或者多糖中的一种或几种；添加剂和氧化石墨烯的比例任意可调；分散剂可为水和有机溶剂；热处理温度可在200-2500℃范围内变化；得到的碳气凝胶的石墨烯比例在10％-90％范围内可调；氧元素的比例在0.1％-60％内可调，其余元素为碳元素，不含其他元素；可回复应变在在0.1-99.9％内可调；密度在大范围内可调，优选地，密度在0.2mg/cm3-200mg/cm3范围内可调。
具体实施例13
请参照附图6，在球状球状弹性导电石墨烯复合碳纳米管气凝胶上布置中心铜电极，在气凝胶表面布置一个可以任意方向活动的自由电极，能探测三维空间上任意方向上的压力。
得到的为针对中等压力的触觉传感器，工作范围为大于100kpa，灵敏度可达2/kpa，能耗低于30μw，可探测三维空间上任意方向上的压力。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围大，可选地，包括：1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa，7)大于100kpa。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
具体实施例14
请参照附图7，在球状球状弹性导电石墨烯复合碳纳米管气凝胶表面布置两个均可以任意方向活动的自由电极，能探测三维空间上任意方向上的压力。
得到的为针对中等压力的触觉传感器，工作范围为大于100kpa，灵敏度可达2/kpa，能耗低于30μw，可探测三维空间上任意方向上的压力。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围可选包括1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa，7)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
具体实施例15
请参照附图8，在圆柱形弹性导电碳纳米管气凝胶上布置砂纸打磨的金电极，面积略小于气凝胶的表面，相互之间有一定间隔，包在圆柱体的表面，一共八个，中心部位有一个电极做为固定电极，能探测8个方向上的压力。
得到的为针对中等压力的触觉传感器，其工作范围为15pa-200pa，灵敏度可达10/kpa，能耗低于30μw，可探测8个方向上不同的力。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围可选包括1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa，7)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
具体实施例16
请参照附图9，在圆柱形弹性导电碳纳米管气凝胶上布置砂纸打磨的金电极，面积略小于气凝胶的表面，相互之间有一定间隔，包在圆柱体的表面，一共六个，中心部位有一个电极做为固定电极，能探测6个方向上的压力。
得到的为针对中等压力的触觉传感器，其工作范围为15pa-200pa，灵敏度可达10/kpa，能耗低于30μw，可探测6个方向上不同的力。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围可选包括1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa，7)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
具体实施例17
请参照附图10，在圆柱形弹性导电碳纳米管气凝胶上布置砂纸打磨的金电极，面积略小于气凝胶的表面，相互之间有一定间隔，包在圆柱体的表面，一共八个，能探测8个方向上的压力。
得到的为针对中等压力的触觉传感器，其工作范围为15pa-200pa，灵敏度可达10/kpa，能耗低于30μw，可探测8个方向上不同的力。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围可选包括1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa，7)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
具体实施例18
请参照附图11，在圆柱形弹性导电碳纳米管气凝胶上布置砂纸打磨的金电极，面积略小于气凝胶的表面，相互之间有一定间隔，包在圆柱体的表面，一共六个，能探测6个方向上的压力。
得到的为针对中等压力的触觉传感器，其工作范围为15pa-200pa，灵敏度可达10/kpa，能耗低于30μw，可探测6个方向上不同的力。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围可选包括1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa，7)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
具体实施例19
请参照附图12，在薄膜弹性导电的碳纳米管复合石墨烯气凝胶上布置碳纳米管薄膜电极，面积略小于气凝胶的表面，上下各对称放置一个左右各对称放置一个，，能探测两个方向上的压力。
得到的为针对较小压力的触觉传感器，工作范围为15pa-200pa，灵敏度可达10/kpa，能耗低于30μw，可探测两个方向上不同的力。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围可选包括1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa，7)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
具体实施例20
在立方体形弹性导电碳纳米管复合聚乙烯醇气凝胶气凝胶上布置砂纸打磨的金电极，面积略小于气凝胶的表面，相互之间有一定间隔，包在立方体的表面，一共六个，能探测6个方向上的压力。
得到的为针对较小压力的触觉传感器，工作范围为15pa-200pa，灵敏度可达10/kpa，能耗低于30μw，可探测6个方向上不同的力。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围可选包括1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa，7)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
具体实施例21
步骤a)制备立方体碳气凝胶，由上述制备气凝胶方法制成。
步骤b)在立方体碳气凝胶上布置砂纸打磨的金电极，面积略小于石墨烯气凝胶的表面，上下各对称放置一个左右各对称放置一个，能探测两个方向上的压力。
得到的为针对中等压力的触觉和压力传感器，工作范围为200pa-10kpa，灵敏度可达2/kpa，能耗低于30μw，可探测两个方向上不同的力，输出的电信号为电阻。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围可选包括1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa，7)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
具体实施例22
步骤a)制备圆柱形碳气凝胶，由上述制备气凝胶方法制成。
步骤b)在圆柱形碳气凝胶上布置砂纸打磨的金电极，面积略小于石墨烯气凝胶的表面，相互之间有一定间隔，包在圆柱体的表面，一共八个，中心部位有一个电极做为固定电极，能探测8个方向上的压力。
得到的为针对中等压力的触觉和压力传感器，工作范围为200pa-10kpa，灵敏度可达2/kpa，能耗低于30μw，可探测8个方向上不同的力，输出的电信号为电流。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围可选包括1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa，7)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
具体实施例21
步骤a)制备立方体碳气凝胶，由上述制备气凝胶方法制成。
步骤b)在立方体碳气凝胶上布置铜电极，面积略小于石墨烯气凝胶的表面，上下各对称放置一个左右各对称放置一个，如图6
所示，能探测两个方向上的压力。
得到的为针对大压力的触觉和压力传感器，工作范围为＞10kpa，灵敏度可达0.02/kpa，能耗低于30μw，可探测两个方向上不同的力，输出的电信号为电压。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围可选包括1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa，7)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
具体实施例22
步骤a)制备圆柱形碳气凝胶，由上述制备气凝胶方法制成。
步骤b)在圆柱形碳气凝胶上布置砂纸打磨的银电极，面积略小于石墨烯气凝胶的表面，相互之间有一定间隔，包在圆柱体的表面，一共八个，中心部位有一个电极做为固定电极，能探测8个方向上的压力。
得到的为所述的传感器的包括针对大等压力，工作范围为大于10kpa，灵敏度可达0.02/kpa，能耗低于30μw，可探测8个方向上不同的力，输出的电信号为电阻。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围可选包括1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa，7)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
具体实施例23
步骤a)制备薄膜形碳气凝胶，由上述制备气凝胶方法制成。
步骤b)在薄膜型碳气凝胶上布置石墨烯薄膜电极，面积略小于石墨烯气凝胶的表面，上下各对称放置一个，能探测两个方向上的压力。
得到的为针对中等压力的触觉和压力传感器，工作范围为200pa-10kpa，灵敏度可达2/kpa，能耗低于30μw，可探测两个方向上不同的力，输出的电信号为电阻。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围可选包括1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa，7)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
具体实施例24
步骤a)制备立方体碳气凝胶，由上述制备气凝胶方法制成。
步骤b)在立方体碳气凝胶上布置金电极，面积略小于石墨烯气凝胶的表面，上下、前后、左右对称放置一个，能探测三个对称方向上的压力。
得到的为针对小压力的触觉传感器，其探测下限≤15pa，灵敏度可达10/kpa，能耗低于30μw，可探测两个方向上不同的力，输出的电信号为电阻。
具体实施例25
步骤a)制备圆柱形碳气凝胶，由上述制备气凝胶方法制成。
步骤b)在圆柱形碳气凝胶上布置砂纸打磨的银电极，面积略小于石墨烯气凝胶的表面，相互之间有一定间隔，包在圆柱体的表面，一共八个，中心部位有一个电极做为固定电极，能探测8个方向上的压力。
得到的为所述的传感器的包括针对中等压力，工作范围为100pa-5kpa，灵敏度可达0.02/kpa，能耗低于30μw，可探测8个方向上不同的力，输出的电信号为电阻。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围可选包括1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa，7)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
具体实施例26
步骤a)制备立方体碳气凝胶，由上述制备气凝胶方法制成。
步骤b)在立方体碳气凝胶上布置铜电极，面积略小于石墨烯气凝胶的表面，上下各对称放置一个左右各对称放置一个，能探测两个方向上的压力。
得到的为针对大压力的触觉和压力传感器，工作范围为＞100kpa，灵敏度可达20/kpa，能耗低于30μw，可探测两个方向上不同的力，输出的电信号为电压。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围可选包括1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa，7)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
具体实施例27
步骤a)制备立方体碳气凝胶，由上述制备气凝胶方法制成。
步骤b)在立方体碳气凝胶上布置石墨烯薄膜电极，面积略小于石墨烯气凝胶的表面，上下各对称放置一个左右各对称放置一个，能探测两个方向上的压力。
得到的为针对大压力的全碳和压力触觉传感器，工作范围为＞100kpa，灵敏度可达20/kpa，能耗低于30μw，可探测两个方向上不同的力，输出的电信号为电压。所述的全碳触觉和压力传感器能在极端恶劣环境下工作，包括极低温。耐酸、碱和盐的腐蚀。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围可选包括1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa，7)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
具体实施例28
步骤a)制备圆柱形碳气凝胶，由上述制备海绵方法制成。
步骤b)在圆柱形碳海绵4上布置砂纸打磨的金电极3，面积略小于海绵的表面，相互之间有一定间隔，包在圆柱体的表面，一共六个，中心部位有一个电极1做为固定电极，电极和气凝胶之间用导电银胶粘结，能探测6个方向上的压力。
得到的为针对中等压力的触觉传感器，其工作范围大而且可调，可包括100pa-2kpa，灵敏度大而且可调，可包括10/kpa，能耗低于30μw，可探测6个方向上不同的力。
在本发明提供的其他实施例中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和碳海绵发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围大，可选包括1)大于15pa，2)15pa-200pa，3)200pa-10kpa，4)100pa-5kpa，5)大于10kpa，6)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
在本发明提供的其他实施例中，所述的制备碳气凝胶的方法中，添加剂为单糖、双糖、低聚糖或者多糖中的一种或几种；添加剂和氧化石墨烯的比例任意可调；分散剂可为水和有机溶剂；热处理温度可在200-2500℃范围内变化；得到的碳气凝胶的石墨烯比例在10％-90％范围内可调；氧元素的比例在0.1％-60％内可调，其余元素为碳元素，不含其他元素；可回复应变在在0.1-99.9％内可调；密度在0.2mg/cm3-200mg/cm3范围内可调。所述的制备传感器的方法中，碳气凝胶可以为规则或者不规则形状；电极的可以为柔性或者刚性的电极；电极的材料为不和碳气凝胶发生化学反应的其他材料，电极的位置和数目可变，触觉和压力传感器的工作范围大，可选包括1)小于等于15pa，2)大于15pa，3)15pa-200pa，4)200pa-10kpa，5)100pa-5kpa，6)大于10kpa。7)大于100kpa。灵敏度和能耗可调。输出的电信号可以为电阻、电流、电压中的一种或者几种。可以探测的压力的数目可为任意正整数，方向也可以沿三维空间任意方向。
本发明提供了碳气凝胶及其制备方法，还提供了两种类型的压力传感器，所述的碳气凝胶具有全向可压缩超弹性、全向可回复压缩性、高强度的和高导电性，可用于构筑新型耐压缩的柔性电池、超级电容器、传感器、制动器等电子学器件。也可作为碳生物组织支架、超轻机械阻尼多孔材料以及超轻隔热/隔音多孔材料。所述的制备碳气凝胶的方法不需要化学气相沉积的步骤，因此不需要复杂的化学气相沉积设备，制备方法简捷、成本低。基于全向可压缩超弹性、高强度的和高电导率的碳气凝胶的可以探测沿任意方向上压力的触觉和压力传感器，不仅扩大了传感器的工作范围和提高了工作能力，降低传感器的布置成本，其探测下限低，灵敏度高，适合作为人体健康信号的监测和机械仿生手的触觉传感器。特别地，当采用碳纳米管或石墨烯等导电碳材料作为电极和导线时，可制备全碳的传感器。全碳的传感器具有质量轻、工作温度范围宽、耐酸碱和盐腐蚀的特点，在航空航天、强腐蚀环境等特殊的需要触觉和压力探测的场合具有广泛的应用前景。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。