AlN的优良物理化学性质(如高热导率、高熔点及低电子亲和势等)使其一维纳米材料成为纳米冷阴极的重要候选材料。AlN基纳米冷阴极材料的研究尚处于实验阶段,如何降低其开启电场和阈值电场、获得较高的电流密度仍然是具有挑战性的课题,这些研究将为AlN基纳米冷阴极材料的实际应用奠定基础。在前期研究中,本课题组通过化学气相沉积(CVD)法制得了AlN纳米锥阵列,但其场发射性能相对于碳纳米管等纳米冷阴极材料来说还不够理想,可能的原因主要有：(1)AlN的导电性较差且易被氧化和水解；(2)AlN的功函较高(-3.7eV)；(3)AlN纳米锥阵列的密度较大,会导致较大的电场屏蔽效应。基于上述几点原因,我们发展了图案化生长、导电基片上生长和掺杂等方法来优化AlN纳米材料的场发射性能。在此基础上,本论文拟用AlN纳米锥阵列跟某些性质互补的材料来构建复合纳米结构,从用低功函纳米粒子修饰、构建核壳纳米结构和异质结复合纳米结构的角度来优化AlN基纳米材料的场发射性能,取得了以下的研究成果：1.根据Fowler-Nordheim (FN)理论,材料的场发射性能跟其功函和场增强因子密切相关,人们通常选择具有较低功函和较大长径比的材料作为场发射材料。但是,很多低功函材料的某些物理性能使其不适合直接用作场发射材料,例如Cs是低功函材料,但其硬度不够,用作场发射材料时其形貌易变。如果用某些低功函材料修饰一维材料,则可使其功函降低,所得复合纳米材料可望表现出更好的场发射特性。本文通过简单的真空蒸镀过程,在AlN纳米锥准定向阵列的表面修饰低功函的CsI纳米粒子,所得CsI-AIN复合纳米结构的场发射性能表现出显著的提高,且与CsI纳米粒子的尺寸和密度有依赖关系。该结果表明用低功函材料修饰可以有效地提高AlN纳米锥的场发射性能。2.AlN的导电性差且易被氧化和水解,使得其一维纳米材料在场发射领域的应用受到限制。如果在AlN一维纳米材料的表面包裹某些物质,可使其稳定性增加且能提高导电性。我们通过CVD过程在预先制得的AlN纳米锥表面包裹不同壳层,得到了AlN-C、AlN-CN和AlN-BCN的核壳纳米锥结构；包裹后AlN纳米锥的场发射性能得到了显著的增强,即开启电场和阈值电场降低、电流密度明显提高,其顺序依次为AlN-BCN>AlN-CN>AlN-C>AlN。场发射性能的增强主要源于核壳纳米锥的导电性提高、表面功函的降低以及界面协同作用等。研究结果还表明包裹层厚度对AlN基核壳纳米锥的场发射性能有一定的影响,较薄的包裹层更有利于场发射性能的提高。3.由于AlN的电导率低,长AlN纳米锥具有更大的电阻,不利于电子的传输。在导电性好的一维纳米材料的顶端沉积AlN纳米锥,可以在保持场发射尖端的低电子亲和势和大场增强因子的同时,还能提高其导电性(导电性差的AlN的长度变短)。我们先采用晶种诱导的液相反应制备了ZnO纳米棒阵列,再通过CVD法在Zn0纳米棒表面包裹CNx壳层,制得了ZnO-CNx核壳纳米结构,接着再沉积AlN纳米锥,得到了ZnO-CNx-AlN纳米异质结构,考察了AlN沉积时间对纳米异质结构形貌的影响；异质结构材料的场发射性能得到了明显的提高,其顺序依次为ZnO-CNx-AlN>ZnO-CNx>ZnO>AlN;研究结果还表明合适的沉积时间有利于场发射性能的提高,否则会削弱其场发射性能,这与异质结构中AlN纳米锥的屏蔽效应有关。上述研究结果表明：利用材料性质的互补来构建复合纳米材料确实可以提高AlN基纳米材料的场发射性能,这些方法也可拓展到其它纳米冷阴极材料体系中。