颜色在自然界的信息交流中起到了至关重要的作用,广泛被各类生物应用在求偶、示警、模仿等诸多方面。通过调控光子晶体结构中的各类参数,就能够对光场进行精确的调控,从而进一步实现传感、防伪等特殊的功能应用。本文从有限元分析软件COMSOL Multiphysics出发,对光子晶体结构的参数进行调控,设计出能够产生强烈光子带隙效应的光子晶体结构,并结合仿真结果,制备出了颜色鲜艳的结构色薄膜,随后通过环氧树脂的添加,赋予所制备薄膜高强度的机械性能和特殊的防伪功能,并对所制备的薄膜特性和功能做了具体分析。首先,介绍了基于光子晶体结构的结构色成色机理和主要特点,并从布拉格斯涅耳衍射理论出发,分析了各个参数对于光子晶体结构生色的影响。简要介绍了有限元分析方法和COMSOL Multiphysics软件中波动光学模块的基本操作方法,为接下来的理论仿真铺设了道路。其次,利用有限元分析软件COMSOL Multiphysics对二维密排、三维面心立方以及三维最密堆积的三种光子晶体结构作了模型建立和仿真计算,研究了填充材料、微球粒径和微球层数这三个关键因素对于结构生色的影响,验证了三维最密堆积结构显色的可行性。仿真计算所得的数据表明,通过简单控制微球粒径和填充材料,光子带隙能够精确控制在可见光谱的范围内,能够实现优异的结构色。再次,根据仿真计算结果,使用St（?）ber法制备了单分散的SiO2纳米微球,并通过浸渍法制备出了蛋白石结构的光子晶体薄膜;通过添加环氧树脂增加薄膜的机械强度,通过添加炭黑增加颜色亮度,并使用牺牲模板法制备了具有反蛋白石结构的薄膜。测试结果表明所制备的结构色薄膜具有应力响应和润湿响应等多种功能。最后,通过掩模法制备了具有光子带隙匹配的长余辉结构色复合防伪薄膜,通过环氧树脂预凝胶的掺杂实现了高强度结构色薄膜的快速制备。复合防伪薄膜具备特殊的应力和润湿防伪效果,能够重复使用;所制备的光子墨水能够显著克服传统结构色薄膜的角度依赖性,并具备较高的附着性。所制备的薄膜在显示、传感、防伪等诸多领域均有广阔的应用前景。