阴极是真空微电子器件的核心部件之一。向小型化发展真空微电子器件对阴极提出越来越高的要求，例如微型化、响应快、长寿命等等。对阴极发展的新要求促使了场发射冷阴极的快速发展。研制新型的冷阴极材料，改善冷阴极的结构形态是冷阴极的研究重点。本文在多级场增强机理制备的指导下，研究了碳纳米复合材料的场发射冷阴极。　　 提出二级场增强结构模型。制备出碳纳米管/聚氨酯泡沫场发射冷阴极，场增强因子高达2.5×104，同时其阈值电场达到1.4V/μm。碳纳米管/聚氨酯泡沫易于实现场发射冷阴极的大面积制备，聚氨酯基体对CNT提供保护，并且工艺简单，制备成本低廉，电流密度达到场致发射显示器应用的要求。　　 制备石墨烯复合材料的场发射冷阴极，实现石墨烯在复合材料中的准二维结构分布。复合材料制备需要大量的石墨烯，于是我们利用插层氧化技术，实现了氧化石墨烯的大量制备。在获得大量氧化石墨烯的基础上，利用微波加热使氧化石墨烯使其热膨胀，实现石墨烯粉体的大量制备。制备出石墨烯/超高分子量聚乙烯、石墨烯/聚乳酸复合材料的场发射冷阴极。研究电场诱导对石墨烯/聚乳酸场发射特性的影响。