上转换纳米粒子是将镧系稀土元素掺杂在主体材料晶格中,吸收长波长的激发光,发射短波长光的反斯托克斯发光,近些年由于其独特的光学特性在信息显示、光学设备、响应器件、生物医疗等领域吸引了众多研究者的关注。而光子晶体是介电常数不同的物质在空间上进行周期排列的结构,具有亮丽的结构色。基于上转换纳米粒子和光子晶体的光学编码材料,由于其本身的上转换荧光和结构色的多重响应模式,在光学领域具有广阔的应用前景。构建具有多种响应特性的光学编码材料也是功能材料领域非常热门的研究课题。目前的研究中,针对上转换纳米粒子提高发光强度,实现多重响应模式依旧是需要解决的问题。而光子晶体特有的结构色能够与上转换纳米粒子复合,拓宽在光学编码、响应方式等领域的应用。同时,螺吡喃分子由于其特有的光学特性,也将拓展上转换复合材料在响应性和编码维度的设计思路。本文从调控上转换纳米粒子光学特性的角度出发,通过结合光子晶体的不同结构色和螺吡喃分子光响应特性,设计构建具有多响应模式和信息编码行为的多种结构上转换纳米粒子和光子晶体复合材料结构,研究了其光学调控行为与响应模式,探究了其在可编程信息密码、多重响应信息显示以及多模式信息编码等方面的潜在应用。主要内容包括:1.多模式荧光增强复合材料的构建及光学编码行为研究。基于上转换纳米粒子和光子晶体构建了荧光增强复合材料,并且利用两种材料的光学特性,设计制备了多模式编码图案。制备了三种不同荧光色的上转换纳米粒子和两种结构色的蛋白石光子晶体,通过旋涂法将上转换纳米粒子涂覆在蛋白石光子晶体表面,实现复合材料的快速制备。由于光子带隙的布拉格反射,从复合材料的荧光光谱中观察到了明显的上转换荧光增强效应,说明光子带隙能够对上转换荧光进行调控。并通过理论计算论证光子晶体可以通过对激发光源非共振增强来实现发光离子发射光的增强。进一步基于这种荧光增强效应,设计了荧光点阵图案,并构建了摩尔斯密码识读模式。此外,利用光子晶体结构色和上转换纳米粒子的荧光色,完成了密码表编码模式的识读过程。表明这种设计在光学显示和多模式信息编码领域具有潜在应用。2.多色Janus微球光学阵列的构建及其磁-光响应特性研究。利用自组装法快速制备了具有磁-光响应特性的Janus微球,微球能够在磁响应下发生翻转并在近红外光照射下产生上转换荧光。通过溶剂热法制备了具有三种荧光色的核壳结构上转换纳米粒子,与p（St-MMA-AA）胶体粒子和Fe3O4纳米粒子配制成前驱体液,滴加在涂有PDMS薄膜的基板上,利用液滴与基板间亲疏水性的差异,自组装成球状结构。由于磁性粒子密度较大,Janus微球的上部分为胶体粒子组装的光子晶体结构,下部分为Fe3O4磁性面,上转换纳米粒子分布在微球当中。进一步将Janus微球在特定模板中构建多种点阵图案。这些图案在外界磁场的刺激下,微球呈现的光子晶体结构色能够从显现变为消失,并且在近红外光照射下,微球能够产生多种荧光色。利用Janus微球的双重响应特性,设计了在银行卡两面的不同信息识读形式,表明Janus微球在图案显示、响应材料和编程密码领域具有重要应用。3.螺吡喃修饰的上转换纳米复合材料的构建及其光学调控行为的研究。构建了螺吡喃修饰的上转换纳米复合材料,将上转换纳米粒子表面包裹二氧化硅壳层,随后把硅烷化的螺吡喃分子接枝到壳层表面,实现纳米复合材料的制备。螺吡喃的引入使纳米复合材料在紫外光照射下可以通过螺吡喃的开环反应产生红色荧光,而在近红外光照下,上转换纳米粒子会发射绿色荧光,因此当两种光源同时照射纳米复合材料,两种独立荧光的叠加会产生肉眼可观察的黄色荧光。同时,这种黄色荧光能够随着外界近红外光源功率的变化进行实时动态调控,并且调控效果能够反映在CIE色度坐标中。将螺吡喃修饰的上转换纳米复合材料配置成墨水,利用印制或喷涂法,制备了二维码和圆环编码图案。这些图案能够模仿自然界的变色龙,在不同光源下产生不同荧光色,实现了信息编码的多维度化,在可编程密码和多重响应纳米材料方面具有重要应用价值。