以前的电视机使用阴极射线管（CRT）。当施加很高的电压时（至2500V），这种阴极射线管会喷射出电子，电子落在荧光屏上会产生图像。这种管有两个主要缺陷，它使用非常高的直流电压，而作为结果在系统中产生了大量的热量。用高的直流电压的主要原因是需要金属的功函数用于喷射电子。大多数金属的功函数在4.89～5.16eV范围内。碳材料的功函数在4～4.5eV范围内，但由于其结构布局，功函数可减小。例如，一个圆筒状的碳管在其圆周以及管的两侧都有碳原子。据观察，存在于碳纳米管圆周上的碳，其功函数几乎为零。这意味着与其侧边相比，从它的圆周上射出电子所需的能量几乎为零（图5.2）。科学家一直在尝试定向生长碳纳米管，从而制备出一个碳纳米管垂直排列的大平板。由于它几乎不需要直流电位，可通过施加电位来发射电子，如图5.2所示。

图5.2 当在（a）碳纳米管和 （b）垂直排列的石墨烯片上施加直流电位时，电子的流动方向

发现石墨烯之后，科学家们开始研究使用保持垂直的石墨烯片是否可达到同样的目的，即是否可将碳纳米管的电子从石墨烯片的侧边进行发射，如图5.2b所示。此装置显示，在直流电位极低时，电子自石墨烯片射出。将此用于商业应用，可用聚合物制备石墨烯复合材料，使所有石墨烯片垂直排列，从石墨烯片的一末端施加电位。经观察此法具有可行性。此过程中，电子从石墨烯或碳纳米管的发射称为电子场发射。(www.daowen.com)

场发射（FE）、场电子发射或电子场发射是同义词，即在外加电场的作用下，电子从材料的表面（图5.2）发射至真空、空气、液体或任何非导电或弱导电介质中。

使用石墨烯片作为场发射体面临一个问题：它平铺在基底上，限制了场增强。要解决这个问题，可将石墨烯片与聚苯乙烯进行复合，使石墨烯片成90°朝向，与基底表面成垂直排列（图5.2b）。这有助于在低阈值电场（约4V/μm）的场发射。

吸附不同气体后的石墨烯薄膜表现出不同的场发射行为。因此，石墨烯的选择性气体吸附可用于改造石墨烯的场发射特性[李和孙（Li，Sun），2014]，例如，氮吸附并不改变石墨烯的场发射性质，而氧或二氧化碳吸附可增加开启电场，降低场发射的电流并影响石墨烯薄膜场发射的磁滞特性。因此，石墨烯气体吸附系统可用于冷阴极材料的应用。在减压下将其暴露，气体被吸附于石墨烯上，这个过程比较容易。