自从X射线诞生以来，在工业无损检测、安检设备、医疗领域、科研领域得到应用。X射线能量高、波长短、穿透能力强，而对于不同物质其穿透能力也不同。X射线容易穿透原子序数低的物质，不容易穿透高原子序数的物质。铅原子序数高，对电离辐射的吸收效率高，因此常常被用作屏蔽X射线的防护材料。
影响X射线分辨率的主要因素是X射线源焦点的大小，焦点越小的X射线源的分辨率越高。随着现代科学技术的发展，在成像领域中人们不断追求更加清晰的成像，尤其是活物器官成像和人体癌症的诊断。在晶体结构分析中，内部的缺陷、位错都需要分辨率的X射线源才能得到清晰的衍射图像。在生物领域，蛋白质和细胞都在微米级别，常规X射线源也满足不了研究应用的需要。因此，研制高分辨率微焦点X射线源能够有效促进X射线分析技术在这些前沿领域的应用。
目前，小于100um的热阴极微焦点X射线源已经得到了广泛的应用，但热阴极通过高温加热灯丝来发射电子，能量转化效率很低，大部分能量转化为了热能，只有约百分之一的能量转化为X光，因此功耗很大，在大功率下工作，寿命性能受到较大影响。此外，受电路控制系统的限制，设备体积较大。因此，提高分辨率、减小体积、延长寿命是X射线源研究的焦点问题。
X射线成像过程降噪方法最典型的是通过提高管电流、增加曝光时间来降低CT成像噪声。X射线的产生以及与物质的相互作用过程，是一个光子计数的随机过程，而提高管电流、增加曝光时间是可以提高成像的信噪比。在管电压一定的情况下，管电流越大，产生的X射线光子的数量就越多，图像信噪比就越高。而增加曝光时间可以通过降低图像采集的帧频或者进行多帧图像叠加实现。此外，提高微焦点X射线源的管电压可以增强射线穿透工件能力，提高图像对比度。
X射线通过高能电子束轰击阳极金属靶材产生。传统的X射线管采用的是螺旋状的钨丝作为电子源材料，通过对钨丝的螺旋缠绕可以加大发射电流。但是钨丝需要在两千多摄氏度的高温下发射电子，而高温下钨丝会逐渐蒸发，同时电子碰撞空气分子产生的阳离子不断轰击热阴极，这此因素导致热阴极电子源寿命减短。
场电子发射具有室温发射、热损耗小、启动快、分辨率高、易于小型化等优点，在克服热阴极缺陷上具有显著优势，是真空电子学领域的研究热点。碳纳米管（carbon nanotubes , CNTs）是一种准一维的碳纳米材料，具有出色的化学、力学、电学性质，被广泛应用在各种电子器件与传感器上。由于曲率半径小、抗离子轰击能力强、导电性好等优点，CNT是制备场致发射冷阴极的优良材料。碳纳米管场发射阴极的性能特点包括：电流密度高（可达到105-107A/cm2）,强流工作稳定性好，场发射电子的出射角度小、能量均匀、有利于电子束聚焦等。因此，基于碳纳米管场发射的冷阴极技术是新一代X射线源的发展方向。
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