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光子晶体是一种由不同折光系数的介质周期交替排列而成的光学材料,这种有序结构产生了光子禁带,能反射特定波长的电磁波,当波长范围在可见光区时,光子晶体表现出鲜亮的结构色。根据布拉格方程,光子禁带可以通过改变衍射层级间距、介质有效折射率和入射角度进行人为调控。磁组装光子晶体是通过单分散的磁响应胶体纳米粒子在磁场下快速组装形成的胶体光子晶体,这种组装方式具有瞬时性和可逆性,其光子禁带可以通过磁场强度调控。磁响应胶体纳米粒子是磁组装光子晶体的构筑单元,一般由磁性纳米晶簇和非磁性的包覆材料组成。本论文采用细乳液法,双亲性无规共聚物聚甲基丙烯酸甲酯-co-甲基丙烯酸（P（MMA-co-MAA））作为乳化剂和包覆材料,以自组装的方式一步制备了Fe3O4@P（MMA-co-MAA）磁性胶体纳米粒子,在磁场调控下结构色能覆盖整个可见光波段。通过改变细乳液和st?ber体系的条件,进一步制备了粒径和磁性可调可控的Fe3O4@Si O2磁性胶体纳米粒子,实现了磁性纳米晶簇和壳层的精确调控。利用Fe3O4@Si O2磁性胶体纳米粒子的可调控性,设计了不同功能的光子晶体薄膜材料,研究了磁性胶体纳米粒子在光子晶体薄膜中的应用。本论文的主要研究内容和结果如下:（1）基于细乳液法,以双亲性聚合物P（MMA-co-MAA）为乳化剂和包覆材料,以细乳液滴为纳米容器,通过双亲性共聚物自组装,一步制备了Fe3O4@P（MMA-co-MAA）磁性胶体纳米粒子。以TEM、SEM、TG、VSM、Zeta电位及纳米粒度仪、FT-IR和光纤光谱仪等表征技术,研究了Fe3O4@P（MMA-co-MAA）的形貌、磁性物质包覆率、饱和磁化强度等,考察了MMA-co-MAA单体比、双亲性聚合物浓度、油酸修饰的Fe3O4（Fe3O4-OA）加入量和旋蒸温度等对Fe3O4@P（MMA-co-MAA）的粒径、多分散度以及磁组装光子晶体结构色的影响,确定了细乳液聚合物自组装法制备Fe3O4@P（MMA-co-MAA）的最佳实验条件:MMA和MAA单体摩尔比为8:2,双亲性聚合物浓度为0.5%（w/v）,油水比为10:1,Fe3O4加入量为100 mg,旋蒸温度为40℃。该条件下制备的粒子粒径为105.0nm（n=100,RSD=6.9%）,磁性物质包覆率为84.48%,饱和磁化强度为69.96 emu·g-1。在磁场强度在20 m T～120 m T的范围内变化时,光子晶体反射波长从741 nm蓝移到356nm,能覆盖整个可见光波段。聚合物浓度是影响粒子粒径、单分散性和光子晶体的光学特性的关键因素,随着聚合浓度的增加,磁性胶体纳米粒子粒径减小,而粒子表面电荷增加,在同一磁场下组装的结构色逐渐红移。该方法能在30 min内快速制备磁性胶体纳米粒子,为光子晶体构筑单元的合成提供了新策略。（2）基于细乳液体系,提出了一种简单快速、粒径可调可控的制备Fe3O4磁性纳米晶簇（Fe3O4 MNCs）的方法,并通过Si O2的包覆,得到了壳层厚度可调控、磁性强度可设计的Fe3O4@Si O2磁性胶体纳米粒子。通过TEM、VSM、Zeta电位及粒度仪和微型光纤光谱仪等方法对Fe3O4@Si O2和光子晶体光学特性进行表征,考察了十二烷基硫酸钠（SDS）浓度、油水比、Fe3O4-OA和正硅酸四乙酯（TEOS）加入量等对Fe3O4-OA纳米晶簇的粒径、多分散度和Fe3O4@Si O2粒子的饱和磁化强度、光子晶体结构色的影响。Fe3O4-OA和TEOS的加入量是影响粒子的粒径和饱和磁化强度的关键因素,当Fe3O4-OA的量从0.05 g增加到0.45 g,Fe3O4 MNCs粒径从59.0 nm增长到99.1 nm。当TEOS的量增加时,Fe3O4@Si O2粒子壳层厚度增大,粒子粒径从128.5 nm增加到143.7 nm,制得的Fe3O4@Si O2磁性粒子的饱和磁化强度从47.0 emu·g-1降低至35.2 emu·g-1。在25m T～200 m T范围内,结构色波长红移,可调控范围变窄。该方法减少了核壳结构磁性胶体纳米粒子的制备时间,在30 min内即可完成Fe3O4 MNCs的合成,通过改变Fe3O4-OA和TEOS的量,实现了对磁性纳米晶簇和壳层的精确调控。Fe3O4@Si O2粒子可以在甲醇、乙醇、DMF、DMSO等有机溶剂中组装光子晶体,结构色随介质折光系数的增大而红移。通过设计Fe3O4@Si O2粒子的磁性纳米晶簇以及壳层厚度,能够在不同功能的光子晶体聚合物薄膜中得到广泛应用。（3）将基于细乳液法合成的Fe3O4@Si O2粒子分散在单体丙烯酰胺和保湿剂甘油的溶液中,在外加磁场下组装成光子晶体并通过紫外光照射,一步制备了湿度响应的Fe3O4@Si O2/PAM/Glycerol光子晶体薄膜。通过反射光谱的表征,考察了TEOS加入量、交联剂浓度以及甘油含量对不同相对湿度下光子晶体结构色的影响,确定了最佳制备条件:TEOS量为0.9 m L,交联剂浓度为2 mg/m L,甘油含量为75 wt%。将该条件下制备的光子晶体薄膜放入不同相对湿度的环境中,当相对湿度在11%～93%范围内变化时,薄膜反射波长从436 nm红移到652 nm,波长红移量达到216 nm,能在全可见光范围对相对湿度进行响应。在湿度响应过程中,当薄膜放入相对湿度较高的环境中,甘油上的羟基通过氢键作用吸附空气中的水分,使聚丙烯酰胺水凝胶分子链溶胀,水凝胶体积增大,光子晶体的晶格间距增大,结构色红移,反之,结构色蓝移。该薄膜在放置60天和循环15次后,光子晶体反射波长差异较小,说明具有良好的稳定性和可重复性。通过建立标准比色卡,得到了一种能对空气湿度颜色表达的传感器薄膜,实现了空气湿度的长效可视化监测。（4）将Fe3O4@Si O2磁性胶体粒子包埋在琼脂糖水凝胶中,制备了具有磁开关图案显隐防伪功能的光子晶体薄膜。通过反射光谱和SEM的表征,考察了琼脂糖浓度对光子晶体结构的固定作用,以及琼脂糖浓度和Fe3O4@Si O2磁性胶体粒子浓度对光子晶体图案显隐效果的影响,确定了最佳实验方案是琼脂糖浓度为1 wt%,磁性粒子浓度为3mg/m L。在光子晶体防伪图案的打印和显隐过程中,琼脂糖水凝胶对纳米粒子的约束力是关键因素。将含有Fe3O4@Si O2磁性胶体粒子的琼脂糖溶液在磁铁组成的图形上快速冷却成胶,在磁场范围内形成光子晶体结构色图案,该防伪图案的形成来源于Fe3O4@Si O2粒子之间排斥力和磁吸引力之间的平衡。当磁场撤销时,磁吸引力消失,粒子之间的力平衡发生倾斜,排斥力趋势粒子向互相远离的方向运动,破坏了有序结构,导致防伪图案瞬间隐藏。当再次对薄膜整体施加磁场时,防伪图案位置的粒子在磁场中重新组装成光子晶体结构,而图案外的粒子在琼脂糖水凝胶约束力下无法形成有序结构,因此防伪图案显现,实现了磁开关显隐的效果。该防伪薄膜制备速度快,工序简单,能在1 min之内同时完成防伪图案的打印和薄膜的制备,在产品防伪标识领域具有重要应用意义。（5）将磁组装光子晶体和紫外吸收剂Ti O2纳米粒子包埋在聚丙烯酸羟乙酯薄膜中,制备了一种能同时阻隔紫外光和蓝光透过的光子晶体薄膜。通过调控TEOS加入量,减小了Fe3O4@Si O2粒子的粒径,增大饱和磁化强度,使磁组装胶体光子晶体的反射波长可调控范围（428 nm～556 nm）覆盖蓝光区域,实现对蓝光的阻隔。通过三乙醇胺（TEA）对Ti O2改性,提高其在丙烯酸羟乙酯（HEA）单体中的分散性,通过薄膜紫外吸光度的测定,考察了TEA添加量、涡旋混匀和超声处理时间、搅拌速率对TEA改性效果的影响,确定了TEA改性Ti O2的最佳条件是:TEA加入量为6 m L,涡旋混匀10 min,超声处理60 min,搅拌速率为500 rpm。当薄膜中Ti O2-TEA的含量从5 wt%增加到20 wt%时,在360 nm左右的透射率从75.2%降低至15.8%。该薄膜对紫外光和蓝光的屏蔽分别源自Ti O2粒子和光子晶体结构,当Ti O2浓度为20 wt%,Fe3O4@Si O2浓度为1 mg/m L时,薄膜在360 nm和450 nm屏蔽率分别为84.2%和42.8%。该薄膜具有较好的拉伸性,且对水不敏感,可望在车窗、建筑玻璃贴膜等领域有潜在的应用。