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目前，胶体微球组成的蛋白石晶体结构被作为模板来制备高度有序的大孔材料。在胶体微球自组装过程中涉及许多基本的物理问题，例如结晶、胶体薄膜内部的液体流动以及裂纹形成。理解并解决这些问题将推进这一方法的应用。
本文针对胶体微球自组装过程中存在的问题及胶体晶体模板法的应用展开了如下研究工作：
一、利用胶体晶体模板法制备微纳米有序孔材料
1、利用胶体晶体为模板并结合水热生长法，在多晶ZnO基底上制备出了规则六角排列的ZnO纳米棒。更有意义的是，通过添加形貌控制剂，实现了由规则ZnO纳米棒阵列到ZnO有序多孔膜的转变。这为微纳米结构材料的制备和设计提供了新的思路，具有潜在应用前景。
2、本文中，作者报道了一种新的微纳米单晶结构的制备方法。利用单层聚苯乙烯微球自组装薄膜作为单晶ZnO外延生长的限制模板，柠檬酸钠来控制ZnO晶体生长速度，在ZnO单晶衬底表面外延生长出了六角有序排列地碗状微米结构。该结构一个潜在的应用是可有效增强LED出光效率。通过本研究，作者还发现微球模板可有效抑制ZnO单晶生长过程中的缺陷，可获得更高质量的ZnO单晶外延层。
3、利用自组装胶体微球薄膜为模板，结合电沉积方法，制备出高质量大面积地有序多孔铜薄膜。研究过程中，利用十二烷基苯磺酸钠对聚苯乙烯微球表面进行改性，使得原来疏水表面成为亲水表面，解决了电镀液在模板内部的微纳米空间内渗透性过低的难题，改善了铜在基底表面的形核状况，从而提高了多孔铜薄膜的质量。
二、胶体晶体薄膜生长过程中裂纹形成的原位观测研究
1、胶体晶体生长过程中产生的大量微裂纹是制约胶体晶体模板法在光子晶体方面应用的瓶颈问题。本文通过原位观察，研究了竖片生长法制备胶体晶体过程中裂纹的形成过程。实验中使用了三种粒径的微球：220nm，339nm和500nm。当薄膜厚度相同时，发现随着粒径的增大裂纹间距变小。
2、竖片共沉积法是一种高效地制备反蛋白石结构的自组装方法，并且对裂纹有一定地抑制作用，能得到面积较大的单晶结构。通过对共沉积生长过程的原位观测，发现随着液体填充率减小，裂纹的形态由延生长方向扩展的竖条裂纹过渡到三角形裂纹，在适当的填充率下，两种裂纹能同时出现。从实验上证实了多种裂纹形成机制并存且存在相互竞争关系。
三、胶体晶体结构的小角X-ray衍射实验研究
目前，用于探测材料结构的常用手段有电子显微镜和共聚焦显微镜，但前者所能观察的区域很小，不能反应材料的宏观结构特征；共聚焦显微镜虽然能反映材料的宏观结构，但对样品有比较苛刻的要求。而小角X-ray可以相对简单快捷地获得样品的宏观信息。本论文利用小角X-ray对胶体晶体的结构进行了表征，并讨论了样品转动时衍射斑点的变化，发现衍射斑点能敏感地反映样品的结构信息，通过分析认为所得到的胶体晶体结构为FCC。