X射线具有波长短、频率高、能量大的特征,有很强的穿透性。由于不同物体对X射线的吸收能力不同,X射线被广泛用于材料分析、医疗检查、工业探伤和无损检测等领域。相较于传统的热阴极,场发射冷阴极在医用X射线器件小型化、快速响应、脉冲可调制和稳定工作等方面具有显著优势,有望满足低辐射剂量、高成像质量的要求。本文采用碳纳米管为冷阴极材料,重点研究与设计了脉冲X-ray成像的场发射电流调制结构。首先,论文采用丝网印刷转移法和直接生长法制备了CNTs冷阴极,在10-4Pa真空度下的场发射性能测试表明:和直接生长法制备的CNTs冷阴极相比,丝印CNTs阴极开启场强更低,为1.13V/μm,仅为前者的1/3;峰值电流密度为48.38 m A/cm2,约为前者的1.57倍;其长期工作稳定性也更好。接着,论文对X射线管中的电流调制结构即栅极结构开展了重点研究。为改善阴栅极间的电场分布特性,提高阴极的发射能力,论文建立了覆有碳膜的金属栅孔单元COMSOL仿真模型,研究了碳膜复合栅网的碳膜厚度和网孔目数对场发射电场的影响。真空室测试结果表明:覆盖10～20nm厚碳膜的200目栅网对场发射性能的提升最大,对应阴极的开启场强为1.53V/μm,在1.5KV时阳极电流可达到412μA,此时电子透过率为50.9%。为了提高金属栅网的电子透过率,论文还研究了Mg O复合栅网结构。CST仿真结果表明:Mg O膜由于具有较大的二次电子发射系数,受到阴极场发射电子轰击后受激发射二次电子,可以补偿金属栅网截获阴极发射电子而造成的阳极电流下降。真空室测试表明:蒸镀有150nm厚Mg O膜的复合栅网,对应阴极的开启场强为1.25V/μm,在1.3KV时达到最大阳极电流355μA,对应电子透过率为58.5%。此外,论文还建立了Hip-Hop金属栅极的CST仿真模型,分别研究了栅极不同刻蚀角、不同栅极厚度对电流调制特性的影响,并仿真分析了蒸镀Mg O膜后的Hip-Hop栅极的电流调制特性。在此基础上,论文优化了阴栅极组件设计,制备的组件结构紧凑、阴栅间距控制较为精确。论文封装制备了基于CNTs冷阴极和复合栅网的X射线管,并测试了X射线管的场发射特性和成像性能。最后,论文提出了基于MATLAB的八邻域算法,对影像增强器的X射线图像进行对比度的分析计算。实验表明,论文制备的X射线管在脉冲栅极电压调制下,电子透过率最高能达到82.2%;可以实现静态和动态物体成像,获得的X射线图像清晰、内部细节完整,其对比度分别可以达到72和52。