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纳米材料尺寸很小，可与电子的德布罗意波长、超导相干波长等相比拟；尺度的下降使得纳米体系包含的原子数大大降低，宏观固定的准连续能带消失，而表现为分立的能级，量子尺寸效应十分明显；这使得纳米材料具有许多不同于块体材料的物理化学特性，如纳米粒子的表面效应特性、小尺寸效应、高的辐射系数等。为了拓宽新型纳米粒子薄膜材料研究范围(高温难熔金属或合金材料)；利用纳米材料对传统的扩散阴极进行表面改性，从而在改善其发射均匀性、寿命及抗离子轰击能力的同时达到高的发射电流密度。