胶体粒子在一定条件下可以像原子那样，形成三维有序结构，称之为胶体晶体。胶体晶体由于可以作为时间和空间上放大的晶体模型用来研究原子晶体的成核和生长过程，并且还可以构成具有特殊光学特性的光子晶体，从而引起科学家和工程师的研究兴趣。我们在胶体晶体研究方面所开展的主要工作可以概述如下：　　 1.通过乳皂聚合方法，制备了一系列高表面电荷密度的单分散聚苯乙烯胶体颗粒。分析了引发剂用量、电解质浓度、单体浓度等因素对聚苯乙烯颗粒物理化学性质的影响。将制备的聚苯乙烯粒子的水溶液，经过去离子处理后，在较低的体积分数下形成了胶体晶体。搭建了Kossel衍射装置，并对装置改良后得到的晶体结构的图像和数据进行了分析。　　 2.利用带电单分散聚苯乙烯胶体粒子，通过自组装机制，制备了体积百分比为4.8％的具有多晶结构的胶体晶体，并用Kossel衍射技术和紫外可见分光光度计分别对晶体的生长过程进行了监测。研究了胶体晶体生长在不同阶段的晶格结构，发现胶体结晶过程晶体结构演变顺序为：由液态——随机层结构——堆无序结构——面心立方孪晶结构到面心立方结构。本文定量地确定了结晶过程中晶体不同晶面的晶面间距和晶体的晶格常数，通过紫外可见分光光度计测量的晶体透射谱图，计算得到(111)晶面的晶面间距和晶体的晶格常数，与用Kossel衍射技术得到的结果相一致，还发现随样品放置时间的延长，衰减峰变窄和加深，并向短波方向移动，对应着晶体的晶格常数减小的现象。　　 3.利用Kossel衍射技术和反射光谱，对由总体积分数为0.015，0.020和0.025的二元聚苯乙烯胶体体系(94nm+141nm)形成的胶体晶体的性质进行了研究。实验结果显示胶体晶体的形成时间，平均粒子间距，晶体结构都与二元胶体体系中两种粒子的数密度比相关，当94nm聚苯乙烯粒子相对于141nm聚苯乙烯粒子的数密度比趋向1:1时，胶体晶体的形成时间延长，并且易形成体心立方结构。当94nm聚苯乙烯粒子相对于141nm聚苯乙烯粒子的数密度比由1:0向0:1变化时，胶体晶体的平均粒子间距变大，另外实验中发现在两种粒子的数密度比为5:1时，胶体晶体出现了超晶格结构。　　 4.利用反射光谱观测了直径110nm的带电聚苯乙烯粒子分散在密度匹配和没有密度匹配的介质中的生长过程，研究了重力沉降对结晶动力学的影响。实验结果表明在晶体生长的初期没有密度匹配的样品晶体生长速率比密度匹配的样品的快，在后期密度匹配的样品晶体生长速率逐渐赶超了没有密度匹配的样品。作者的解释是，在晶体生长的初期，不同大小晶体的沉降速度不同，使其沉降过程中能捕获比没有沉降时更多的粒子；当晶体尺寸进一步增加，其沉降速率也相应的增加，由于胶体晶体的结合力很低，晶相和液相之间的摩擦阻力就会导致一些颗粒从胶体晶体上脱落。这两个原因导致了重力在晶体生长初期加快了晶体的生长，后期又减慢了晶体的生长。另外我们还发现在微重力环境下(密度匹配时)形成的胶体晶体比在重力环境下形成的胶体晶体更加完整和紧密。　　 使用密度匹配法时，除了可以消除沉降外，由于介质成分的改变还会带来其它“副作用”。必须定量的对这些副作用进行评估，并在结果中通过对数据的修正，消除副作用的影响，才能得到正确结果。作者对溶剂成分不同所带来的胶体颗粒扩散系数对胶体晶体生长速率的影响做了详细的讨论。肯定了重力在不同阶段对晶体生长速率的影响的上述结论的可靠性。　　 5.制备大块单晶是材料科学追逐的重要目标。考虑到带电聚苯乙烯粒子的成核和结晶条件与粒子间静电排斥力的大小密切相关，而斥力又由溶剂中离子浓度控制。作者提出离子浓度梯度法制备大块胶体单晶的途径。利用特殊设计的样品池，该方法的可行性已经得到证实。