作为半导体氧化物材料，氧化锌(ZnO具有优异的电、磁、光、力学和化学等宏观特性，广泛应用于精细陶瓷、紫外线屏蔽、压电材料、光电材料、高效催化材料、磁性材料等领域。由于ZnO具有负的电子亲和势，高的机械强度和化学稳定性，而且在高场强下，表现出强烈的能带弯曲，因此，被认为是最有前途的场发射阴极材料之一。本论文首先研究了四针状氧化锌晶须（T-ZnOw）的场发射性能，结果表明，通用的量产T-ZnOw开启电场和阈值电场可分别达到3.7V／μm和6.9V／μm，场增强因子β为2315。采用固溶法制备了Al³⁺掺杂的T-ZnOw样品，通过分析表征证明Al元素主要是以Al³⁺形式替换ZnO晶格中Zn²⁺，形成替位式杂质；且Al³⁺掺杂未改变T-ZnOw的微观形貌和六角纤锌矿结构；随着Al³⁺掺杂量的增加，晶格常数c减小。光致发光谱显示，0.5mol％Al³⁺掺杂T-ZnOw具有较好的结晶平衡，可减弱深能级缺陷发光；Al³⁺掺杂有效地改变了T-ZnOw内部的载流子浓度，使拉曼光谱向高频方向移动。紫外可见光谱显示，Al³⁺掺杂使T-ZnOw吸收边出现“蓝移”现象，通过改变Al³⁺掺杂量，可使T-ZnOw禁带宽度在3.2eV～3.3eV之间连续可调。利用丝网印刷技术制备了T-ZnOw薄膜，并通过热处理工艺改善了其场发射性能，开启电场和阈值电场可分别达到2.6V／μm和5.2V／μm，场增强因子β值为4129。场发射测试表明，Al³⁺掺杂可极大地提高T-ZnOw的场发射性能，当Al³⁺掺杂含量为0.5mol％时，其开启电场和阈值电场分别达到0.74V／μm和2.6V／μm，β值为30249，发射点密度可达10³／cm²，并具有较高的电流稳定性。