自然界中一些生物本身展现出了丰富多彩的颜色,这些颜色部分源自于色素,部分却是来源于物理生色。色素或化学染料产生的颜色会变质或降解,而且染色过程会带来环境污染。物理生色是光线在微观纳米尺度上产生的光学效应,比如干涉、折射、衍射等,可以作为化学染色的有效替代方式而避免化学染色的弊端。这种因光学效应产生的物理色被称为结构色。结构生色的研究被广泛用于纺织,传感,防伪等领域。可以通过模仿自然界中产生结构色的微观纳米结构来得到一些特殊的性能,如实现人工合成的结构色。因此,针对不同微观结构产生的结构色进行的仿生具有非常重要的意义。本文主要从仿照自然界中的微观薄膜,微观柱状材料,和微观纳米微球组成的微观结构来制备结构色,内容如下:(1)在三维(3D)打印物体表面制备了纳米薄膜,解决3D打印样品复杂表面着色困难的问题。研究结果发现通过原子层沉积(ALD)在硅片和3D打印两种基底上可以得到具有结构色的二氧化钛(TiO2)薄膜,通过调控不同的循环数得到了不同厚度的薄膜,而不同厚度的薄膜对应不同颜色。且基于3D打印基底沉积的TiO2薄膜由于基底的粗糙表面具有非虹彩效应,且可以进行保形性包覆。该技术验证了通过ALD沉积法在复杂表面着色的可行性。(2)仿照自然界中的微观柱状材料形成的结构色,制备有序排列的纤维,一步法直接制备结构色纤维膜。研究发现,利用基于平行电极改进的接收装置可以制备有序纳米纤维,纤维的有序性良好且制备面积较大。此有序纤维得到的静电纺丝纤维膜可以呈现出结构色。通过改进静电纺丝工艺和纺丝液成分会影响纤维的有序度,而结构色与纤维的直径和纤维膜的疏密程度有关。(3)仿照自然界中的微观纳米微球组装形成的结构色,制备了四氧化三铁(Fe304)纳米微球,并通过外加磁场快速组装实现可逆的磁响应性光子晶体。研究发现合成微球的过程中各因素例如先驱物铁源的种类与含量、聚(4-苯乙烯磺酸-共聚-马来酸)钠盐(PSSMA)的含量、以及醋酸钠(NaAC)等均对微球尺寸有影响。同时调整磁场强度的变化实现了颜色转变,且该转变快速可逆。该方法对制备快速可逆的响应性结构色光子晶体具有重要的意义。