磁性材料可对外加磁场做出响应，引起了材料学家的广泛兴趣。光子晶体是指介电常数周期性变化的一类材料，是影响光子运动的规则光学结构。这种影响类似于半导体晶体对电子行为的控制。光子晶体被美国Science杂志列为21世纪六大研究热点之一,具有广阔的应用前景。将光子晶体与磁性材料相结合，科学家们提出了磁性光子晶体的概念。可以通过外界的磁场对磁性光子晶体中的衍射光进行调控，同时周期性的光子晶体结构可增强磁性材料的磁光性能，比如克尔磁光效应，法拉第旋转，这些特性使得其成为了目前磁光功能材料研究的热点。　　21世纪是信息科技高速发展的时代，人们对于低能耗、高响应、光纤通讯系统，以及高效、持久的信息存储技术的需求日益增加。磁性光子晶体特有的磁-光效应及在磁场下对光可调控性能，可广泛应用于磁光器件中。比如利用克尔磁光效应的磁光存储，利用偏振光通过磁光介质发生偏振面旋转来调制光束的磁光调制器及磁光开关等。在实现低能耗、高响应、无干扰通讯系统和高效、持久的信息存储方面具有广泛的应用前景。然而，现阶段，磁性光子晶体在设计、制备和实际应用中存在着诸多亟需解决的瓶颈问题：合成磁性光子晶体的条件苛刻，工艺复杂繁琐，组装的结构样式仅限于多层膜和蛋白石结构等。自然界在构筑分级结构及利用其对光进行有效的捕获和调控等方面为我们提供了有效借鉴，具有“大自然舞姬”之称的蝴蝶为精细结构构造与光学功能一体化的典范，其分级有序的精细结构及绚丽夺目的光学行为，满足其通讯、防伪、求偶等生存的全部需要，体现出独特的光调控特性。研究发现，蝶翅种类多达十七余万种，涵盖了从一维，二维到三维的多形态跨尺度的精细光学结构，为合成相应的光学结构提供了设计思路和广阔空间。　　启迪于自然界生物体结构和组分的优化耦合效应，本论文提出以具有的有序分级结构的蝶翅为模板制备新型的磁性光子晶体材料的设想：以蝶翅为模板，采用化学或者物理的转化工艺保留生物模板微纳精细结构的同时，将其成分转化为磁性材料，期望利用生物模板复制的方法，获取难以人工制备的磁性光子晶体材料。　　本论文系统研究了模板法制备磁性光子晶体过程中的组分的转化，结构复制的机理；从实验和理论计算两方面证实了生物模板法制备磁性光子晶体的可行性，并揭示了其光学，磁学的响应性能及磁光耦合效应；为磁性光子晶体材料的理论和实验研究提供了新的思路。主要内容如下：　　一、以蝶翅为基体原位合成纳米四氧化三铁颗粒的研究。选用具有分级光子晶体结构的异型紫斑蝶作为模板，通过化学处理的方法，在其表面增加活性位点。引导磁性材料四氧化三铁纳米颗粒在其表面原位合成,探索了制备四氧化三铁/蝶翅复合功能材料的关键因素。　　研究了氧化法、还原法制备磁性四氧化三铁纳米颗粒的化学工艺，最终设计一条水热反应的合成工艺：利用原始模板的甲壳素生物骨架平衡四氧化三铁纳米颗粒之间的磁相互作用力，成功地在蝴蝶翅膀纳米结构表面合成和组装了四氧化三铁纳米颗粒。制备得到的蝶翅/四氧化三铁复合光子晶体可在磁铁的引导下发生移动,不同结构的蝶翅/四氧化三铁复合光子晶体具有不同的磁化强度。光学研究表明，复合光子晶体保留了原始蝶翅的光子禁带，仅在强度上有所减弱。以上的研究工作证实了蝶翅的甲壳素骨架能够平衡磁相互作用力，并引导纳米四氧化三铁的原位负载，为后续研究工作的开展提供了实验依据。　　二、以大蓝闪蝶的蝶翅鳞片为模板制备三维磁性光子晶体功能材料的溶胶凝胶制备方法。在以蝶翅为模板成功合成出复合型磁性光子晶体材料的基础上，进一步的研究，提出了直接利用生物模板合成磁性光子晶体的构想。借助蝴蝶精细结构自身的机械张力，采用溶胶凝胶与两步烧结相结合的方法：第一步采用室温常压的浸渍与空气烧结相结合的工艺，成功地将蝶翅的生物骨架转化成没有磁性的三氧化二铁功能材料；第二步用低浓度的氢气对三氧化二铁的功能材料进行部分还原最终获取完全由四氧化三铁组分构成的具有自然光子晶体结构的Fe3O4磁性光子晶体。分析表明，在仿生制备的过程中材料能够达到对生物模板结构从大孔到小孔以至于纳米孔的精确复制。在从 PC-α-Fe2O3制备MPC-Fe3O4的过程中，只有化学组成的改变，并没有影响材料的光子晶体性质。　　三、为了深入研究蝶翅形貌磁性光子晶体的磁光性能。采用FDTD对原始蝶翅及制备得到的磁性光子晶体功能材料进行模拟计算，研究结构、功能和磁场之间的耦合关系。由于目前磁性材料的实验研究还处于初期阶段，实验制备和测量手段都非常的有限，测试对样品的表面光滑度的要求也非常的苛刻。因此在这里采用光学的测量和FDTD模拟计算相结合的方式来对制备得到的磁性光子晶体的光学、磁学、磁光性能进行探索研究。测量发现，当增加外部磁场强度，制备得到的Fe3O4的光子禁带发生红移,并且得到理论计算的证实。该仿生制备技术为从自然生物模板制备三维网状磁性光子晶体结构提供了一种简单的有效方法，该制备工艺对磁光器件的实验和理论研究都具有指导意义。　　四、基于整片蝶翅磁性光子晶体的光学结构的复杂性，及表面的粗糙度，以及在研究及应用上的限制，从单个光学结构单元的角度出发，选取单个蝶翅鳞片为模板来制备磁光材料。在以上成果的研究基础上，重新设计合成的工艺，成功制备具有单个鳞片的Fe2O3，Fe3O4功能材料。在单鳞片的合成工艺中，很好的控制了整片蝶翅制备过程中的收缩问题，并且表现出以整片蝶翅为模板的复制物中没有显示的光学各项异性等优异的光学性能。　　本研究为今后磁性光子晶体材料的设计、制备及其结构与材质的耦合效应的探索提供了理论依据、技术支撑和实现途径，为磁光器件的设计和构筑开拓了思路。由于磁性光子晶体的制备为当今磁光器件领域研究的关键问题，因此本工作对磁光器件的实验和理论研究具有重要学术意义。