场发射平板显示器(FED)是目前在研的，且唯一能保持传统阴极射线管(CRT)高显示质量的新型平板显示技术，因而受到人们的广泛关注。其中，基于丝网印刷技术的碳纳米管(CNT)场发射平板显示器因制备工艺简单、发射稳定而成为平板显示领域的研究热点之一。本博士论文在总结场发射技术进展的基础上，以可印制碳纳米管复合材料冷阴极电子源为研究对象，对新型可印制碳纳米管阴极浆料的配制，新印制成的阴极的电学特性、场发射特性、后处理方法以及相关场致发射机理进行了系统研究。主要研究工作及成果概括如下： 1.优化了一种可印制碳纳米管阴极浆料。通过浆料组成及比例的优化，解决了该浆料存在的易干、不易保存、碳纳米管分散不均匀等问题。优化后的阴极浆料适合于丝网印刷技术制备碳纳米管复合材料冷阴极，满足高分辨率场发射平板显示器件的制备要求。 2.优化了碳纳米管复合材料冷阴极与衬底的接触结构。优化后的阴极在衬底上有良好的附着力，且阴极导电性良好。因此，在阴极制备中，无需印刷Ag浆过渡层，简化制备工艺后阴极的场发射特性较之以前更好。 3.研究了碳纳米管复合材料冷阴极中碳纳米管含量和阴极厚度对阴极微结构、阴极导电性及阴极场发射特性的影响，建立了阴极场发射模型，讨论了相关场发射机制。研究发现，阴极中碳纳米管含量的增加有助于阴极导电性和场发射特性的提高，但过高的碳管含量会使得场发射过程中碳管问出现电场屏蔽效应，导致阴极的场发射特性反而降低。通过实验分析，得到了具有最优化CNT含量(=17﹪)的阴极，该阴极具有较低的电阻和良好的综合场发射特性，开启电场约为4V/μm，且发射电流稳定，发射址均匀。对阴极厚度的研究发现，阴极厚度的增加会导致电子传输过程中势垒增加，不利于阴极的场致电子发射。 4.针对碳纳米管复合材料冷阴极组成结构的特点，提出了等离子选择性刻蚀后处理方法。该方法能有效地去除覆盖或包裹在碳纳米管表面的粘结材料，使阴极内部大量的碳纳米管暴露出来成为新的电子源。并且从反应等离子刻蚀系统(RIE)的工艺参数着手，研究了RIE系统中反应气体压强、射频功率和自偏压三者对阴极显微结构及场发射特性的影响，最终确定了合适的RIE刻蚀工艺条件，实现了阴极的可控后处理。 5.在对粘结材料选择性刻蚀处理的基础上，系统研究了氢等离子体轰击对阴极表面微结构及其场发射特性的影响。实验发现，阴极表面微结构在氢等离子体处理过程中发生改变，并讨论了在阴极表面出现的特殊形态的碳纳米管的形成机理，认为氢等离子处理后CNT的电子发射变为主要从管壁上的纳米颗粒发射。 6.可印制碳纳米管复合材料冷阴极在FED器件中的应用研究。结合本实验室开发的支撑体及阳极等制备工艺，完全采用丝网印刷技术制备了4.5英寸二极结构32×32矩阵场发射原理型器件。在直流驱动模式下测试了不同单列、单点碳纳米管复合材料冷阴极的场发射特性。在脉冲驱动模式下成功地实现了行/列扫描及动态字符显示，器件表现出良好的均匀性和稳定性。 总之，本博士学位论文对可印制碳纳米管阴极浆料以及由此浆料制备的碳纳米管复合材料冷阴极的场发射特性和相关后处理技术进行了深入的研究，建立了场发射机理模型，得到了具有低开启电场、高发射密度的冷阴极。为可印制碳纳米管冷阴极的研制提供了新思路，对实现碳纳米管场发射平板显示器早日实用化具有重要的意义。