石墨烯(Graphene)材料因其独特的结构表现出优异的电学、力学及物理化学性能,比如优异的电传导,大的比表面积和良好的结构稳定性,被视为是优良的新型场发射阴极材料。人们对石墨烯场发射性能进行了较多研究,主要通过石墨烯表面改性、构建复合阴极等手段提升其场发射性能。本文采用静电自组装法将氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)包覆在海胆状纳米镍结构表面,利用等离子体还原氧化石墨烯(rGO)制备出纳米复合阴极。一方面克服了石墨烯材料在复合过程中易团聚的缺点,另一方面,由于石墨烯包覆于表面分布纳米锥的镍粒子表面,从而降低了传统石墨烯片边缘作为电子发射点所导致的场发射屏蔽效应,提高了场发射性能。本文首先采用液相还原法制备纳米Ni,分别研究硫酸镍浓度和反应温度对其形貌及场发射性能的影响。结果表明,随着硫酸镍浓度由0.1 M增大到1M,所制备的纳米Ni粒径也随之从2 μm增大到6.5 μm;温度对形貌的影响也很显著,当温度为80℃时,所制备的纳米Ni为球状,而高于80℃时所制备的纳米Ni呈现海胆状形貌。场发射性能测试表明,在硫酸镍浓度为0.5 M,生长温度为85℃时,纳米Ni表现出最佳的场发射特性,具有最低的开启场强(8.2V/μm),以及最高的场增强因子(1681)。其次,用聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)对纳米Ni进行氨基化处理,利用PAH与氧化石墨烯片之间静电吸引互作用,在纳米Ni表面包覆GO,从而制备出纳米Ni/GO复合阴极。研究PAH浓度对复合阴极形貌及场发射性能的影响,结果表明,随着PAH浓度的增加,纳米镍的场发射性能先变好后变差。当PAH浓度为0.1 g/L条件下制得的纳米Ni/GO复合阴极场发射特性最好,相对于纯纳米镍阴极,其开启场强由8.2 V/μm降至4.2 V/μm,具有较高的场增强因子(2253)和良好的场发射稳定性。通过等离子体处理制备纳米Ni/rGO复合结构,研究不同等离子体处理时间对还原程度及场发射性能的影响,XPS、FTIR表征分析说明,等离子体处理5 min后,氧化石墨烯表面的含氧官能团大部分被还原去除。此外,经过15 min等离子体处理的复合结构XPS图谱中发现碳-氮键的存在,意味着石墨烯的氮掺杂。对复合结构进行场发射测试,结果表明,当等离子体处理时间为15 min时所制备的复合阴极具有最佳的场发射性能,其开启场强由4.2 V/μm降为3.4 V/μm,场增强因子达到3051,其场发射稳定性亦有所改善。