自然界中的结构色通过物体本身对光的散射、干涉和衍射来产生颜色,因具有高亮度、高饱和度、永不退色和虹彩现象等特点而受到高度关注。对于纺织品的染色工序来说,结构色生色机理为解决其污染问题提供了一个新思路。不同的微观结构会产生不同的光学现象。光子晶体是结构色机理研究的一个重大发现,其光子禁带(PBG)的存在是产生结构色的原因。当带隙范围落在可见光范围内,特定频率的可见光将不能透过该晶体,而是被光子晶体反射,在具有周期性结构的晶体表面形成相干衍射,当这些波段的光被眼睛感知时,人眼就可以看到绚丽的结构色。为明确光子晶体和结构色之间的相互关系,并能有效指导后续试验,论文首先寻求建立光子晶体结构参数与颜色之间的理论模型。以面心立方密堆积结构的SiO2光子晶体为研究对象,通过等体积原则将其等效为多层结构。采用传输矩阵法分析光子晶体结构参数对晶体反射谱、带隙位置及宽度的影响以及不同入射角度对晶体反射谱的影响。控制微球粒径尺度可以调节光子禁带,进而改变结构色。推算结果表明,粒径为100nm、150nm的SiO2光子晶体,在可见光谱范围内不能形成有效的反射峰,因此不能形成光子禁带,不能产生结构色。在200-350nm粒径范围内,SiO2微球粒径增大,光子带隙中心波长增大,对应结构色波长增大。改变堆积厚度可以调节光子带隙宽度,影响结构色。在一定范围内,堆积厚度增大时反射率增大、光子带隙宽度变窄。随着入射角增大,反射峰对应波长值减小,光子带隙中心波长减小。确定光子晶体反射谱后,通过CIE标准色度系统可在色品图中直观地反映结构色。粒径为200nm、250nm、300nm、350nm的SiO2晶体结构,对应的结构色色调分别为蓝、绿、黄、红;相同粒径、不同堆积厚度的晶体结构色色调未发生变化,但彩度不同;入射角增大,结构色对应波长先逐渐变小,当入射角增大到一定值后,结构色对应波长开始增大,并向色品图的中心位置靠近。论文采用静电自组装技术实现结构色。此技术主要基于静电吸附作用,在表面带电的基材上逐层吸附相反电荷的聚电解质溶液从而形成多层结构,这种方法操作简单、稳定性好、成膜材料丰富。静电逐层组装纳米结构色的前提是制得良好单分散性的带电荷纳米粒子。通过文献资料选定制备SiO2溶胶液的方法及实验条件后通过控制催化剂氨水的加入量制得具有良好单分散性、不同粒径的SiO2溶胶液。实现纳米结构色的关键是纳米粒子的有序排列。微球粒径尺寸影响SiO2纳米粒子的排列,粒径增大到一定值后,不能有效地进行多层组装。通过控制前驱液浓度及PDDA/SiO2组装周期数,经过一系列SiO2纳米粒子排列对比,发现PDDA浓度为2.0%,SiO2浓度为0.8%,PDDA/SiO2组装周期为15周期时,SiO2纳米粒子排列紧密、有序、均匀。在该实验条件下,将224nm的SiO2溶胶液与PDDA水溶液在不同基材上进行逐层组装,对比分析不同基材的表面性质对SiO2纳米粒子排列的影响。发现基材表面的亲水性和粗糙度影响了SiO2纳米粒子的分布。亲水性强、粗糙度小的基材上SiO2纳米粒子分布较均匀,形成的结构色显色效果明显;观察不同基材表面制备的样品,尽管基材不同,但PDDA/SiO2多层结构的颜色都会随观察角度不同而发生变化。论文从理论和实验两方面,建立了不同结构参数SiO2三维光子晶体形成结构色的理论推导。以此为基础,探索了静电自组装技术在不同基材上进行PDDA/SiO2多层组装的条件,并有效调节实现了结构色的呈现。这些为织物上实现结构色提供了参考,具有一定的理论和实践指导意义。