碳纳米管(CNT)薄膜作为一种优异的冷阴极发射材料,在真空微电子器件中有重要应用。但在强流脉冲发射模式的强电场、中等高真空环境下,CNT薄膜容易因工作过程中的火花或电弧放电产生损坏,并且,在装配过程中容易受到外力剐蹭而脱落,这些不可逆损伤必将对冷阴极性能造成不可恢复的衰减。本文针对铜基底上生长的CNT薄膜界面性能、损伤机制及其改进措施进行了分析,并通过制备CNT/Ag块体复合材料获得了性能更好的冷阴极材料。本文研究了第三相金属对于CNT/铜界面性能改进的效果。采用粉末冶金法在铜粉中掺杂一定量的铬粉,制成块体Cr/Cu复合金属基底,并在其上生长了CNT薄膜。采用场发射测试以及超声剥落试验,定性对比了纯铜和Cr/Cu复合金属基底上CNT的界面性能及其场发射关联特性。结果表明:铜铬基底CNT薄膜在场发射测试中表现出更强的电流发射能力和抗电流损伤能力,界面附着性能与场发射特性之间存在正相关的关系。说明Cr有效改善了铜基底与CNT薄膜之间的界面性能,使其界面结合能力和电流发射能力都得到显著增强。此外,超声试验结果也说明Cr/Cu复合基底上的CNT薄膜具有更好的抗机械损伤性能。本文提出的超声剥落实验方法,是将CNT薄膜置于无水乙醇中进行一定时间的超声剥落实验,并根据基底表面残留情况给出附着性能的定性表征结果。该方法有望通过结合计算机图形分析发展成为半定量表征手段,拓展了弱附着薄膜附着性能表征手段。为了进一步提高碳纳米管冷阴极的抗机械损伤能力,本文制备了块体Ag/CNT复合冷阴极,并研究了其在近似于强流脉冲发射条件的真空环境下的电子发射特性。结果表明,CNT含量的增加有利于场发射性能的提高,块体复合冷阴极多次发射电流密度-场强(J-E)曲线重复特性显著优于薄膜阴极,且发射过程中发生的打火损伤不易造成发射性能的显著下降,甚至可能通过激活体内大量CNT作为新的有效发射点而使发射性能得到提升,因而具有自我修复的能力。用直径为20-30 nm的CNT,按照Ag与CNT的质量比为30:1制得的样品,首次场发射测试在场强为1.9 V/μm时,得到得最大发射电流密度为4.6 mA/cm~2,优于其它类型的碳纳米管。经过多次测量后,场发射性能趋于稳定。本文研究结果对于高功率微波器件、粒子加速器等真空电子器件方面有良好的应用前景。