场发射显示器由于其快速的响应速度,清晰的分辨率及较长的使用寿命,被誉为21世纪最有发展前景的显示器。而一些纳米材料(诸如:碳纳米管、金刚石、和两者的合成材料等),由于它们特殊的几何结构、优异的传导电性能和热性能及化学稳定性,使得这些材料在场发射冷阴极领域内有着卓越的贡献。但在制备场发射冷阴极的过程中,由于纳米材料的不可控性,使得纳米材料与金属基底之间不能形成可靠稳固的连接,致使两者之间存在接触电阻过大的毛病,这一缺点严重限制了场发射显示器本应有的出色性能。超声纳米焊接由于其低成本、高效率、适用范围广等特点,在纳电子领域内受到了广泛的关注,利用这种简单快速有效的方法,可以大大改善纳米材料与金属基底之间的接触,并有效降低接触电阻。本文采用实验为主,模拟为辅的方法,研究了碳纳米管与镍之间的超声纳米焊接可行性,同时研究了碳纳米管-金刚石复合材料的制备及和铝的焊接。研究内容具体如下:(1)碳纳米管薄膜的制备,利用电泳沉积的实验方法,在镍基底上制备了单壁碳纳米管薄膜,并研究了相关电泳时间参数对镍基单壁碳纳米管薄膜的影响。实验证明,在30 V的电泳电压和稳定的8-10分钟的电泳时间下,能够形成质量最佳的薄膜,为接下去的焊接打下了结实的基础。(2)利用实验结合模拟的手法,研究了单壁碳纳米管与镍基底之间的超声纳米焊接机理:利用分子动力学建立了与实验相似的水平焊接系统,系统由镍金属基底和单壁碳纳米管(5,5)组成,整个纳米焊接过程在原子尺度被清晰地呈现出来。利用模拟的方法,完整地揭示了在不同的焊接温度和时间下,焊接界面处的结构演变。模拟结果很好地验证了整个焊接过程可以在低于镍金属熔点下进行,高频率超声能量使得镍金属软化,在压紧力作用下发生塑性变形,致使镍原子在原子尺度发生移动,包裹单壁碳纳米管,完成原位焊接。在模拟研究的基础上,采用电泳沉积与超声纳米焊接相结合的方法,在合适的焊接参数下,实现了单壁碳纳米管与镍基底之间的可靠连接。不同的焊接参数(包括:焊接振幅、焊接压力、焊接时间)会影响焊接界面结构处的温度,从而会影响到发射电子的性能,因此合适的焊接参数是焊接成功的关键。扫描电子显微镜图进一步证明了在合适的参数下,单壁碳纳米管被很好地嵌入了镍金属层中。在测试中,焊接过的阴极比起未焊接的,表现出了加倍良好的场发射特性。低的开启电压(从未焊接的5.2降低到2.1v/μm),高的发射电流密度及更加稳定的发射电流。(3)采用二次电泳沉积的方式,在铝基单壁碳纳米管薄膜上(实验内容一)电泳沉积了一层金刚石薄膜,实现了单壁碳纳米管和金刚石的复合。并研究了不同醇类溶液对复合薄膜质量的影响,并尝试利用超声纳米焊接技术来改善其场发射性能。