自然界中的生物五光十色,绚烂缤纷。其中很特殊的一部分来自于有序的周期性光子晶体结构对光的调控。因此,这些颜色也可以被称为物理颜色或结构颜色。常见的如蝴蝶翅膀、甲壳虫外壳、变色龙外表皮等,都可归属于此类。手性光子晶体除了周期性结构外,还存在着螺旋结构,是光子晶体结构中比较特殊的存在,可反射与其手性相同、禁带匹配的圆偏振光。自然界中的生物,如螳螂虾,以圆偏振光为信息载体,实现种族之间的隐秘沟通与交流,以提高自身的生存能力。圆偏振光的发生、调谐与应用一直是众多领域内的研究重点,对于光电器件、光学芯片、光学加密等发展具有重大的科学意义与实际价值。得到这种能产生圆偏振光的手性光子晶体,往往需要借助精密的仪器与设备,实现自上而下的制备与构筑。然而该方法程序复杂、造价昂贵,且对材料本身有要求,不具备普适性。而想要实现纳米级别的手性结构制备更是难上加难。本论文主要着眼于自下而上的方法,借助自组装实现手性光子晶体结构的自发构筑。使用的结构基元除了可自发组装为手性向列相结构的纤维素纳米晶(CNC)外,还首次开发出以分子筛LTA超级球(ZAS)为结构基元,自发构筑出了分子筛光子晶体材料。同时基于对组装过程的跟踪与了解,利用自组装与动力学捕获协同作用引入了中间相结构,分别实现了CNC基双圆偏振反射光/双圆偏振荧光材料、分子筛圆偏振材料的自发构筑,并探究其特殊的结构与光学性质、圆偏振能力之间的关系,展示了圆偏振材料在高级光学防伪、光学响应等方面的应用前景。为手性光子晶体的自发构筑提供了新的思路、为复杂新型圆偏振光材料的发展提供了新的空间。本论文一共分为五章,第一章为绪论,首先对自然界中的光子晶体、光子晶体的基本概念、分类、主要构筑方法等做了简单的介绍。其次,重点对手性光子晶体、圆偏振光材料、圆偏振荧光材料的研究策略、发展现状、构筑方法等做了系统的分类与总结,对圆偏振光的缺陷调控方法进行了概述。最后为本论文的研究目的与意义介绍。第二章以胆甾相液晶CNC为基本结构基元,通过蒸发诱导自组装与动力学捕获协同作用,在左旋手性向列相主体结构中原位嵌入具有半波延迟能力的向列相结构,首次实现了同时具有双圆偏振反射光、双圆偏振荧光CNC膜的自发构筑。左右圆偏振光或荧光的比例在一定范围内可以通过改变CNC悬浮液的初始浓度、蒸发温度和相分离处理得以调节。该研究工作进一步拓展了CNC膜的本征圆偏振能力以及CNC膜在高级光学防伪标签方面的巨大应用潜力,为开发可持续、高效、易量产圆偏振光材料提供了一条切实可行的路线。第三章进一步探索了CNC基光学材料的构筑方法与动力学调控因素,首次将倾斜角诱导组装与沉积相结合,得到了具有横向梯度分布光子禁带、彩虹色的CNC膜。倾斜角诱导组装使得界面处的CNC纳米棒采取单取向的向列相结构,而沉积导致底层的CNC悬浮液浓度升高,更利于捕获动力学稳定的向列相结构。这两种向列相结构均具备半波延迟能力,分别主要分布在膜-基底界面处和随机夹杂在左旋手性向列相结构中,且随着倾斜角方向呈一定的梯度分布,不同的位置对光具有不同的调谐能力,使得同时反射出的双圆偏振光也呈现出梯度的分布。这种CNC膜的彩虹色图案、梯度手性分布可以通过改变倾斜的角度来进行调控。该研究工作在上一章工作的基础上,实现了双圆偏振光的梯度调节与可控分布,进一步拓宽了CNC膜的本征圆偏振能力。第四章首次展示了以ZAS为胶体构筑基元,分别在平衡态和非平衡态下利用倾斜沉积与动力学捕获,获得了三维光子晶体膜及手性光子晶体膜。透明的ZAS膜具有在全可见光波段可调的光子禁带,具有丰富的光调控能力,可以选择性反射普通光及右旋圆偏振光、选择性发射左旋圆偏振荧光。ZAS膜具有规则的微-介二级孔结构,基于二级孔的特异性吸附能力及吸附后ZAS膜有效折射率的改变,实现了光子禁带的动态可逆调控,展示了ZAS膜在便携式可视性化学蒸气检测方面的应用潜力。该工作创造性地开发了分子筛作为胶体组装基元的巨大潜力与前景,为开发分子筛基光学器件、纳米光电器件、能量转换器等超材料提供了一条全新的思路。第五章是结论与展望。