X射线被发现的一个世纪以来,热电子源以其易于制造和标准化的优势,被广泛运用于各类X射线应用中,处于X射线应用技术的核心地位。然而,随着计算机断层成像、机场安检、医学放射治疗等医学和科学领域的发展,传统的热电子源X射线管因为时间响应速度慢,物理尺寸大在很多应用上受到了限制,人们对于能够实现快速电子束脉冲、减少X射线剂量、改善图像对比度、增强空间分辨率和时间分辨率新型X射线源的制备技术产生了极大地兴趣。应用的需要驱动了技术的发展,场发射电子源能够提供高度可控、高品质、优质能量分布的电子束,被认为是一种很有前景的热电子源替代方案。当结合了新兴的纳米材料领域,尤其是碳纳米管这一材料,场发射电子源呈现了独特的技术优势与机会。碳纳米管电子源X射线管,相比热电子源X射线管具有不容忽视的性能和技术优势。现有的碳纳米管X射线管多采用栅控X射线管结构,栅极采用网状结构与阴极正对,当在栅极上加正电压时阴极电子出射。此结构具有脉冲发射,快速响应等优点,但是栅网对电子存在一定量的截获,浪费了有效电流,造成功率损耗。电子撞击在栅网上将能量传递给栅网,随着工作时间的积累栅网温度上升,金属变形影响电流发射稳定性,使得成像效果变差。在极端情况下,高温会烧毁阴极,损坏器件。栅网对电子的截获,限制了碳纳米管X射线管的大电流应用。研制低截获碳纳米管X射线管有其技术必要和实际应用需要。本文的研究重点是以碳纳米管为阴极发射材料研制低截获的栅控X射线管。碳纳米管具有极高的长径比和优异的导电性,当与基底形成良好的电接触,在外加电场的作用下能产生优异的电子发射性能。本文的碳纳米管阴极制备方法为丝网印刷法,是将批量制备的碳纳米管通过湿化学方法印制在金属基底上。本文主要研究成果如下:1.采用丝网印刷法制备碳纳米管场致发射阴极。在印刷浆料中加入乙基纤维素增加浆料粘稠度,减少印刷后浆料的漫延,提高印刷线条的精细度,最小可印制0.2mm宽线条。浆料中加入微米级的金属颗粒,经过真空热处理后在基底表面形成合金结构,形成了稳固的连接同时有很低的接触电阻。在二极管测试当中,4mm×0.3mm的条型阴极呈现了38mA的发射电流,发射电流密度达到3.16A/cm~2。2.使用电子束仿真软件设计和优化电子枪结构。在仿真中,调整阴极发射单元和网孔大小的相对关系来找寻栅网对电子最小的截获,当网孔为边长200Oμm方形时,阴极发射单元为边长190μm方形,电子的通过率接近100%。在仿真中2mm×0.4mm的条型阴极在阳极靶上的聚焦焦斑大小为0.2mm×0.1mm。该电子枪方案具有优异的聚焦性能。3.研制三极管电子枪,按照电子枪设计参数加工金属零件,研制成电子枪。在三极管I-V特性测试中,丝网印刷法阴极栅极对电子的截获率约为15%,将低截获阴极组件装配成电子枪电子枪,经过排气和封管,封装成X射线管,射线管阳极具有20°的阳极靶角。对封装好的X射线管进行发射电流测试和成像性能测试。X射线管Ⅰ-Ⅴ特性与电子枪Ⅰ-Ⅴ特性一致;在X射线DR成像测试中,PCB板内部走线清晰可见,人体手部成像清晰无重影,可以调整阳极电压对金属结构进行不同穿透程度的成像。