石墨烯具有优异的电学、热学和力学特性以及丰富的电子隧穿边缘,是场发射阴极的良好材料.本文通过调控化学气相沉积法制备石墨烯的生长参数,分别制备了单层石墨烯薄膜、石墨烯岛、有缓冲层石墨烯等3种形貌石墨烯,探究了石墨烯的形貌特征对其场发射性能的影响,并结合COMSOL多物理场仿真分析了石墨烯的形貌特征对其场发射性能的影响机制.实验结果表明,相比于单层石墨烯薄膜,石墨烯岛和有缓冲层石墨烯的开启场强分别降低至5.55 V/μm和5.83 V/μm,最大场发射电流密度也分别提升至40.3μA/cm~2和26.4μA/cm~2.另一方面,在基底上连续分布的单层石墨烯薄膜和有缓冲层石墨烯场发射电流更稳定,在5 h的测试中,电流密度分别仅下降2%和4%.结合仿真结果可知,石墨烯的形貌特征对其场发射过程中的电场分布特性和散热能力具有重要的影响.石墨烯岛和有缓冲层石墨烯存在边界结构,使得场发射过程中局部电场集中,进而提升了场发射性能.石墨烯岛在基底上离散分布,未形成连续石墨烯薄膜,缺乏焦耳热横向散热通道,热量的积累将导致石墨烯岛发射体受到损伤,并影响其场发射电流稳定性.本文探究了石墨烯的形貌特征对其场发射性能的影响,并分析了相关影响机制,对石墨烯材料场发射性能的提高具有重要的意义.