碳纳米管具有准一维的结构、良好的导电能力、化学稳定性和机械强度,由于其极高的长径比而且能在较低的宏观电场下发射电子,因此被认为是较为理想的场发射材料。本文以二茂铁为催化剂前驱体,采用化学气相沉积方法裂解乙炔,通过组合催化剂的引入方式及使用剂量在硅衬底上获得了不同形态的碳纳米管薄膜。并对获得定向碳纳米管薄膜的生长条件进行了分析。结果表明,采用浮动催化方法制备碳纳米管,由于充当诱导因子的催化剂颗粒的存在使得碳纳米管在其他方向上的生长受到限制而只沿垂直于衬底的方向生长,形成碳纳米管薄膜。并且当衬底上的催化剂密度足够高时才能得到整体定向性良好的碳纳米管薄膜。对于镀Al、镀Ni硅面,在二茂铁分解形成的纳米铁颗粒与衬底上的Al和Ni颗粒分别形成的液相合金的作用下,碳原子团簇生成大量杂乱无序的碳纳米管。采用两次分解乙炔的方法,在硅衬底上成功制备出双层定向碳纳米管薄膜。并且在用扫描电子显微镜(SEM)对其结构行进观测和分析的基础上改进实验参数,优化双层定向碳纳米管薄膜的界面结合。分析表明两次通入乙炔的间隔时间是影响界面结合的重要因素,从而提出了可以利用碳源的供给间隔时间在两层碳管薄膜结合处引入一层其他成分的薄膜来合成具有一定功能的纳米复合材料。对实验制备出的碳纳米管薄膜样品进行了场发射测试。定向碳纳米管薄膜最后的开启场强为0.78V/μm(发射电流密度10μA/cm~2),发射电流密度达到1mA/cm2所需要的电场强度为1.08V/μm,达到该电流密度则可满足场发射平板显示器的需求。F-N曲线呈线性关系证明电子发射确为场致发射。双层定向碳纳米管薄膜的开启场强在0.36～0.46V/μm(发射电流密度10μA/cm~2)之间,发射电流密度达到1mA/cm2所需要的电场强度约为0.62～0.83V/μm。其在高场区和低场区下的F-N曲线不在同一线性区域。