元素百科介绍中国科学院碳基纳米材料冷阴极研究的进展。现场发射冷阴极作为电子源的真空电子设备具有结构简单、响应快、无辐射抗干扰、功耗低、工作温度范围宽等特点，有望突破设备频率和功率，提高整体性能。冷阴极作为真空微电子器件的核心部件，其性能直接影响器件的整体性能。冷阴极材料的选择、制备和现场发射性能对冷电子源真空器件的性能和使用寿命有至关重要的影响。与其它材料相比，碳基材料(如碳纳米管、石墨烯等。)具有优异的场发射性能。
中国科学院兰州化学物理研究所清洁能源化学材料实验室低维材料和化学储能研究小组一直致力于碳基纳米材料冷阴极的结构和性能研究，研究了石墨烯、碳纳米管等碳基冷阴极，获得了具有优良发射特性的冷阴极，可满足不同真空电子设备的使用要求。SCIENCE发表相关结果 CHINA Materials 60, 335(2017)，Nanotechnology 27,445707(2016)， Applied Physics Letters 108,193112(2016)，Applied Surface Science 357,1(2015)，Nanoscale Research Letters 10, 483(2015)，Applied Physics Letters105， 213111(2014)，Physical Chemistry Chemical Physics, 16,1850(2014)，AIP Advances 2, 022101(2012)，Applied Physics Letters 99、173104(2011)和Applied Physics Letters 99, 163103(2011)等杂志。
目前，现场发射的冷阴极由直流连续或脉冲高压电源驱动。这种电源设备不仅昂贵、体积大、体积大，而且安全性差，限制了冷阴极设备的进一步小、轻、便携。迫切需要找到一种新的冷阴极驱动方法来满足不同工作条件下的使用需求。
摩擦纳米发电机（TENG）基于摩擦启动和静电感应的原理，利用材料间摩擦引起的电荷转移，可以将环境中的机械能转化为电能，实现能量收集和转化。TENG可输出高电压和一定功率，满足低压开启冷阴极的工作要求。兰州化学研究所的研究人员在直流连续电源的驱动下制备了具有良好发射性能的冷阴极；同时，研究人员尝试使用高压输出TENG（最高输出电压为800 V）驱动三维网络碳冷阴极。
实验发现，TENG的高压输出可以实现冷阴极的电子发射，均匀、连续的光斑可以通过现场发射电子轰击荧光屏观察到，证实了TENG作为连续电能供应驱动冷阴极的可行性。这项工作为冷阴极真空电子器件的进一步小型化、轻量化和自驱动提供了可能性。相关结果在网上发表在Nano Energy, 49, 308 (2018)。陈江涛、杨兵军、林宜典(新加坡南洋理工大学)是该论文的第一作者，通讯作者是阎兴斌。
这一系列研究工作得到了中国科学院的“百人计划”、支持国家自然科学基金项目(51002161)和兰州化工研究所“一三五”规划项目。
