金属纳米孔阵列作为彩色滤波器件在OLED中有很好的应用前景。本文提出利用胶体晶体刻蚀与真空沉积技术制作大面积金属纳米孔阵列滤波器, 并用FDTD模拟优化所需要加工的金属孔阵列的结构参数, 分析了其滤波效果及其物理规律和机制。研究表明: 在选择粒径为720 nm的PS球、刻蚀剩余粒径为240 nm、金属膜厚度为120 nm的条件下, 满足CIE红光显示标准的共振波长为704.06 nm, 强度透射率为52%, 透射谱带宽为24.8 nm。模拟结果为用PS球刻蚀技术制备金属纳米孔阵列的实验提供了理论支持。

以聚苯乙烯(PS)微球作为模板剂, 采用溶胶-凝胶及煅烧处理等方法制备了三维有序大孔ZrO2材料。通过X射线衍射(XRD)以及扫描电镜(SEM)对其结构和形貌进行了表征。结果表明所制备的ZrO2材料为孔径约为180 nm的高度有序、堆叠紧密的三维有序大孔结构(3DOM)。对3DOM ZrO2的光谱分析表明: 在宽禁带的ZrO2材料中存在着本征缺陷发光(氧空位缺陷)和杂质缺陷(主要杂质为TiO2)发光, 掺杂浓度与基质的晶相结构对两种发光起到了至关重要的作用。对发光过程提出了简单的机理模型。

研究了不同尺寸SiO2胶体微球形成纳米结构薄膜的光学传输特性和光子带隙。通过在玻璃基底上自组装透光的SiO2胶体微球形成胶体晶体薄膜, 依据布拉格定律，分析微球尺寸对胶体晶体光子带隙的影响。为实现可见光波段的全方位减反射，提出通过改变胶体粒径将胶体晶体带隙位置移动至紫外波段，理论计算得出当粒径为112 nm，占空比为0.45时能实现可见光波段0.5%的平均反射率。实验结果表明，玻璃基底在400~800 nm间的平均反射率从4.3%降低至0.7%，最小反射率达0.3%。通过控制微球粒径移动光子带隙位置，优化晶体结构参数实现了可见光波段的减反射，有效提高了光学组件对可见光的利用率。

利用单分散的SiO2微球自组装制备了含一种尺寸微球的SiO2胶体晶体和含多种尺寸微球的多层异质结构。对含一种尺寸微球的SiO2胶体晶体进行煅烧和刻蚀处理后，胶体晶体中空隙所占比例大于立方密堆结构的26%，形成了非密堆结构，而且刻蚀时间越长，空隙比例越大。在同样的热处理和刻蚀条件下，微球尺寸越小的胶体晶体被刻蚀的程度越高，结构中空气空隙所占的比例越大。对SiO2多层异质结构经过煅烧和刻蚀处理后，得到了空隙梯度变化的多层结构，以此为模板制备了密度梯度变化的聚苯乙烯多孔薄膜。薄膜各层之间形成了平滑的过渡，没有显示出明显的层间缺陷，且孔与孔之间没有出现3维有序多孔结构中常见的大的连通孔道。

利用时域有限差分法和实验结果对胶体晶体结构和传输特性进行了研究。构成三维胶体晶体的小球直径和折射率对禁带的位置会产生影响,用时域有限差分法对不同参数的胶体晶体进行了数值计算。计算结果和实验数据表明三维胶体晶体在纵向存在带隙,而且可以得到透反射谱和不同位置的场分布。

为了对聚合物多孔材料的微观孔结构进行控制, 利用垂直沉积技术, 制备了蛋白石结构和多层异质结构的SiO2胶体晶体, 并通过模板导向前驱物填充手段, 获得了反蛋白石结构和孔径梯度变化的聚苯乙烯多孔薄膜。扫描电镜分析表明, 聚苯乙烯多孔结构精确复制了原始模板的反结构。光学透射谱显示, 填充聚苯乙烯后复合蛋白石光子禁带位置相对原始模板发生红移, 除去模板后, 光子禁带位置发生蓝移。根据布拉格衍射方程, 计算出胶体晶体模板空隙的填充分数。

对亚波长纳米微结构-非紧密堆积多晶胶体晶体光学薄膜的增透特性进行了研究。采用浸渍-提拉法在玻璃表面组装了亚波长纳米微结构，并利用等效介质理论分析其光学性质，理论和实验符合。研究表明实验制备的纳米微结构具有优异的增透性质，通过控制组装条件可以控制膜层厚度实现高增透效率从可见光到近红外的有效调谐，且微结构在玻璃基底上的等效折射率接近1.22，透射率最大能提高约7%，达到998%的增透效果。

介绍了垂直沉降法和旋涂法制备SiO2胶体晶体, 并对两种方法制备的胶体晶体在宏观形貌、微观结构及光子带隙性质进行了比较。采用改进的Stober法在乙醇介质中合成粒径不同、单分散性较好的SiO2微球, 用垂直沉积法和旋涂法制备出有序性较好的密排结构的SiO2胶体晶体。宏观照片表明, 用旋涂法制备的SiO2胶体晶体经白光照射出现的光柱呈6次对称, 而垂直沉降法制备的胶体晶体表面出现条纹。SEM分析表明, 选用不同溶剂在同等旋涂工艺下制备SiO2胶体晶体, 用乙醇和乙二醇混合溶液作溶剂制备出的SiO2胶体晶体质量最好。透射光谱表明, 垂直沉降法所制备的胶体晶体在(111)方向具有明显的光子带隙性质, 而旋涂法制备的胶体晶体则不明显。

在薄池中,胶体晶体生长的速度比在厚池中快而且质量好.不同分散度的小球自排的实验结果表明:较差分散度的SiO2小球在超薄池中也能形成质量较好的单晶.光子带隙波长在薄池中有明显的红移,池厚为0.07 mm的胶体单晶的带隙波长比池厚为1 mm的胶体单晶的带隙波长红移了24 nm.