2025年12月16日，精密仪器研究中心团队在美国化学会(ACS)旗下纳米材料相关期刊《ACS Applied Nano Materials》上发表碳纳米管电子场发射领域的最新成果，题为“Asymmetric Field Emission Behavior between Top and Bottom Surfaces of Buckypapers Prepared by Vacuum Filtration（基于真空抽滤方法得到的巴基纸上下表面非对称电子场发射行为）”。硕士生许志冕为论文第一作者，陈修国教授为通讯作者，博士生雷成昆、硕士生张卓晨以及刘世元教授、汤自荣教授等为论文共同作者。

图1 真空抽滤方法制备巴基纸的工艺流程图

在电子场发射领域中，碳纳米管由于其极高的长径比以及优异的导电导热特性，使其自发现以来就成为最理想的场发射电子源材料之一。在多种基于碳纳米管的场发射电子源制备方法中，真空抽滤方法在近几年逐渐跻身于主流制备方法。真空抽滤具有操作简单，一致性好并便于大面积制备等优点，得到的自支撑碳纳米管薄膜（又称巴基纸）具有优异的机械、导电以及导热性能，且得到的薄膜可以经受各种后处理工艺，使其性能得到进一步提升。

图2 真空抽滤方法的不同沉积阶段

然而，这种方法得到的巴基纸在平面电子场发射模式下的上下表面场发射行为在此前的研究中被忽略。由于真空抽滤方法的工艺本质是分散液中碳纳米管在压力差的作用下逐渐沉积并堆叠形成薄膜，不同沉积阶段的碳纳米管会呈现出不同的微观形态，而电子场发射行为对于发射体的微观形貌又极为敏感。因此，最终得到的巴基纸上下表面应当存在巨大的场发射性能差异。

图3 巴基纸上下表面的微观形貌差异与场发射性能对比

针对上述原理，研究团队设计了六组对照实验，从微观形貌、场发射性能对比以及数据拟合提取等多个维度对比了上下表面存在的差异，并与真空抽滤工艺过程的底层原理相互验证。本研究为巴基纸作为电子源使用时的最优工作面提供了选择，并对于其他基于巴基纸的表面工程应用也提供了指导性意见。

论文信息：

Z. Xu, C. Lei, Z. Zhang, Z. Liu, Z. Tang, S. Jiang, X. Chen, and S. Liu, "Asymmetric Field Emission Behavior between Top and Bottom Surfaces of Buckypapers Prepared by Vacuum Filtration," ACS Applied Nano Materials 8, 24528-24535 (2025).