碳纤维材料的高轴向强度、高模量、高导电导热性和耐超高温性使得它广泛应用于航空航天、纺织、医疗用品和体育用品等领域。碳纤维单一的黑色难以满足人们对彩色的审美需求,然而碳纤维高度的结晶性、化学惰性难以使用传统的染料对其进行着色。为此,科研工作者用单分散微球组装的三维光子晶体结构色替代传统染料,来解决碳纤维着色问题,这种光子晶体结构复杂,微球间依靠范德华力等弱作用力连接,在外力作用下易碎裂,机械稳定性差,微球密度和有序性不易控制,组装过程中容易出现缺陷,限制了实际应用。因此本文利用结构简单的薄膜干涉和一维光子晶体结构产生的结构色对其着色,通过分子层沉积法在碳纤维表面发生化学反应,形成作用力强的化学键,提高上述结构色的机械稳定性。最后成功制备一系列高机械稳定性,高饱和度、高亮度的彩色的结构色碳纤维材料。首先,用分子层沉积法在碳纤维表面先后沉积聚酰亚胺（PI）和ZnO薄膜,通过控制ZnO的薄膜厚度,对结构色进行调控,制备出颜色鲜艳、高饱和度、高亮度的紫、蓝、青、黄、红五种基于薄膜干涉结构的彩色碳纤维。角分辨反射光谱结果表明,结构色碳纤维具有径向无角度依存性,轴向有角度依存性的光学性质。PI/ZnO复合薄膜着色碳纤维在日晒牢度测试中表现出高稳定性。与原始黑色碳纤维相比,沉积的聚酰亚胺（PI）和ZnO薄膜增强了碳纤维的应变和应力,拉伸强度从1.94 GPa增加到3.92 GPa,应变率从1.84%增加到5.01%。其次,在碳纤维基底表面沉积单层Alucone薄膜,同样通过调节薄膜厚度,对结构色调控,制备出高饱和度、高机械稳定性的基于单层薄膜干涉结构的彩色碳纤维布。角分辨反射光谱的结果表明,结构色碳纤维布具有在散射光模式下无角度依存性,在镜面反射模式下有角度依存性的光学性质。碳纤维布CFF-2100经过热处理后最大反射峰位置从710 nm蓝移到506 nm,形成了比表面是302.1 m²/g、平均孔直径3.53 nm、最大吸附量164.2 ml/g的多孔Al₂O₃彩色碳纤维布。最后,在上述工作基础上,制备了Alucone/Zincone周期性一维光子晶体着色碳纤维布。同样通过精确控制Alucone薄膜厚度,对结构色调控,制备出一系列高饱和度、高亮度的、高机械稳定性的一维光子晶体结构色碳纤维布。与PI/ZnO复合薄膜着色碳纤维和Alucone薄膜着色碳纤维布比较,该结构色碳纤维布具有较低的反射峰半峰宽、较高的反射峰强度、较高的颜色饱和度。热处理后得到了单斜晶Al₂O₃和六方纤锌矿型ZnO组成的多孔彩色碳纤维布。多孔彩色碳纤维布吸附甲苯蒸气后,反射光谱峰位置发生明显的红移。该多孔彩色碳纤维布可应用在全新的可视化多孔气体传感器上,为溶剂检测和化学物质的吸收等方面提供研究思路。