激光微纳加工具有广阔的应用前景,其中纳米连接技术由于加工尺度小,连接质量等问题,目前还处于探索阶段,激光纳米焊接技术为其提供了一种全新的方法。本文结合电泳沉积和激光纳米焊接技术,在无任何粘合剂的情况下实现了单壁碳纳米管(SWCNTs)和金属基底间较好的机械连接和电接触,从而在常温下成功制备出SWCNTs薄膜的场发射阴极。使用皮秒脉冲激光对铝、镍、钛金属表层进行线扫描和面扫描,探究皮秒脉冲激光与金属间的相互作用机理。使用金相显微镜和原子力显微镜对微观形貌进行表征,结果表明合适的激光能量密度能够使金属表面发生微熔,改变金属表层组织结构和性能。金属表层的表面粗糙度降幅可达几十纳米,皮秒脉冲激光可以将SWCNTs完全焊入金属表层中,实现纳米级的焊接。将SWCNTs分别电泳沉积到铝、镍、钛基底上,再使用皮秒脉冲激光构建二者的可靠连接。通过改变激光功率的方式改变激光能量密度,采用分块扫描的策略进行激光纳米焊接实验。使用扫描电子显微镜对焊区形貌进行表征,结果表明电泳沉积后SWCNTs仅松散地分布在金属表面,形成了SWCNTs和基底之间的一种弱连接。合适的激光能量密度可以使金属基底表层微熔,同时激光的冲击波将SWCNTs压入熔融的金属表层,实现激光纳米焊接,从而形成纳米材料与金属基底的稳固连接。对SWCNTs-Al薄膜进行场发射性能测试,开启电压从焊接前的5.1V/μm降低到2.1V/μm,发射电流密度显著提高且更加稳定。这主要是激光纳米焊接后界面接触阻抗减小,场致电子发射更容易实现的结果。基于SWCNTs-Al薄膜的表面形貌图和场发射性能测试结果,确定了最优的激光纳米焊接参数,为推动纳米焊接技术和超高性能纳电子器件的规模化生产具有重要意义。