本发明公开了一种双层掺混结构碳纳米管薄膜场发射阴极及其制备方法。采用Ti纳米粉体掺混制备CNT复合浆料，通过丝网技术印刷出单层Ti掺混结构的CNT阴极薄膜。通过两步烧结工艺，形成上层为TiO2掺混、下层为Ti掺混结构的双层掺混结构CNT复合薄膜阴极。在复合薄膜阴极的表层，导电的Ti转化为非导电的介质材料TiO2；降低了CNT相互接触而产生屏蔽效应，有利于CNT发射体增强因子的增加。在复合薄膜阴极的底部，掺混纳米材料Ti增加了CNT相互之间、CNT与衬底之间的接触面积，降低了导电电极层与CNT层的接触电阻，提高复合薄膜阴极下层CNT本身的电子传输性能。