真空电子器件是现代军事设施、工业制造、高科技研究不可或缺的器件,在各个领域发挥着举足轻重的作用。作为真空电子器件的心脏,阴极为器件工作提供所必需的电子流,阴极能否支取高质量电子流直接关系到器件工作性能及其寿命。目前,能够满足电真空器件诸多要求的电子源当属热阴极。为了适应电真空器件的发展,本文把低蒸散、大电流阴极作为研究对象,拟在表面改性方面着手进一步研究热阴极满足的低蒸散、大电流等特性的可行性。首先,本论文通过扩散阴极表面膜层改性,利用扫描电镜等研究了阴极材料的成分、微观形貌等。覆Os-Ru二元合金薄膜阴极经过充分激活后,在1050℃条件下支取的电流密度达到27A/cm²,发射性能达到了大多数铝酸盐扩散阴极的较高水平,具有支取大电流密度的潜力。实验用阴极经过88小时的老炼之后,测试阴极工作在1000℃、1050℃、1080℃、1100℃四个温度点的蒸发速率分别为8.14×10;¹¹g/cm²·s、8.56×10;¹⁰ g/cm²·s、1.70×10;⁹ g/cm²·s、3.77×10;⁹ g/cm²·s。对温度和蒸发速率取对数,做出logT-logV的关系曲线经过拟合近似一条直线,验证了蒸发速率测试的准确性,而且与传统B型阴极相比,该阴极的蒸散速率更低。扫描电子显微镜图像表明激活前后的阴极膜层表现良好的连续性,保证了阴极发射性能的均匀性。能谱分析图像表明阴极表面成分构成稳定,且膜层和基体形成了具有某种稳定结构的合金层。之后,本文利用密度泛函理论计算表面结构的功函数、形成能及电子性质,建立M型阴极表面微观发射结构的理论模型,分析引起阴极表面功函数变化的因素,并对M型阴极的发射机理进行解释。本文分别计算分析了不同Ba原子覆盖度情况下阴极表面发射结构的功函数变化,计算结果显示当Ba原子覆盖度为0.25ML时,在W-Os-Ru合金的（100）晶面上建立的模型具有最小的功函数为1.514eV,但稳定性较差;表面结构的稳定性随Ba原子覆盖度的增加呈现先减小后增大的变化趋势。