中高折射率(n>2.0)介电纳米微球由于在可见光区存在光诱导电共振和磁共振的独特的光学现象,受到人们的广泛关注。高折射(n>3.0)的纳米微球制备需要复杂的物理工艺,大大限制了其应用;而中等折射率(2.0-3.0)的介电纳米微球可以通过化学法制备得到,且其与高折射纳米微球具有相似的光学性质,所以中等折射率纳米微球的研究引起了广大研究者的兴趣。本文以理论折射率为2.5的CdS纳米微球作为基本构筑单元,以水平诱导蒸发组装和喷墨打印的方法分别制备了三维有序和局部有序的结构,研究其光学性质及其在防伪、发光调控等领域的应用。本论文首先利用一步法制备了单分散、粒径可调的CdS微球,保持体系内硝酸镉和硫脲的物质的量之比为1:1,同时改变两者的用量,当原料的浓度分别为66.7 mM、80 mM、100 mM、106.7 mM、120 mM和133.3 mM,反应6 h时,得到的CdS纳米微球的粒径分别为190 nm、240 nm、270 nm、290 nm、320 nm和350 nm。XRD测试证明微球是纯的立方相结构,扫描电镜和透射电镜表明所有粒径的微球都具有很好的单分散性,且为多晶结构。利用水平蒸发诱导组装的方法在疏水的聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜上组装不同粒径的CdS光子晶体膜,扫描电镜证明CdS微球可组装为高度有序的三维立体结构。测试不同角度下的反射光谱,实验结果表明当CdS纳米微球的粒径小于265 nm时,三维有序结构在可见光区有明显的光子禁带;当CdS纳米微球的粒径大于265 nm时,光子禁带红移至近红外区,但可见光区出现了CdS纳米微球的电磁共振散射峰,且随着微球粒径的增加,电磁共振散射峰发生红移。即当CdS纳米微球的粒径分别为265 nm、310nm和375 nm时,可以观察到亮丽的青色、绿色和橙红色的结构色,对应的峰位置分别是490 nm、523 nm和603 nm。本文首次提出了一种新的利用有序组装的介电微球的电磁共振产生结构色的机制。以电磁共振散射可以产生结构色为基础,本论文采用喷墨打印技术在无需预先处理的相纸上打印出大面积的结构色图案。以粒径分别为270 nm、290 nm、315 nm和335 nm的CdS纳米微球为原料,配置墨水,打印大面积的单色及双色图案。固定入射光的角度为10~o,当观察角度在8~o-15~o时,结构色亮度高,当观察角度大于20~o时,结构色亮度减弱,通过结构色亮度的变化,打印了防伪图案,通过改变观察角度可实现图案的隐藏与显现,可以实现信息的加密。这种防伪方式无需外界刺激及自身形变,防伪过程简单方便,易于应用。论文利用CdS光子晶体与稀土掺杂上转换纳米发光材料层制备“三明治”结构的复合膜,选用粒径分别是190 nm和245 nm的CdS微球构筑光子晶体,其光子禁带位置分别位于530 nm和660 nm处。由于与聚苯乙烯(PS)相比,CdS微球具有较高的折射率,使得其光子禁带较宽且强度较强,可以对大部分的特定波长的光实现强反射。在此结构中,每个光子晶体膜作为“滤光片”抑制其中一个峰的发射的同时增强另一个发射峰的强度。结果表明,单峰强发射的红色发射峰可以在“三明治”结构的上层实现,单峰强发射的绿色发射峰可以在“三明治”结构的下层得到。另外,以粒径为365 nm的CdS微球构筑的三维有序结构由于同时存在电磁共振峰和光子禁带,可以实现用一种微球、一种粒径的光子晶体对上转换发光材料的多个发射峰的同时调控,当光子禁带位于980nm且电磁共振峰与上转换纳米粒子(UCNPs)的绿色发射峰匹配时,UCNPs的绿色发射峰和红色发射峰的强度分别增强10倍和5.1倍。