自然生物的鳞片或者羽毛中进化出精细的光子纳米结构,可以呈现出艳丽的色彩效果。纳米尺度的结构着色策略与之类似,即利用不同维度和尺度的表面微结构,精确控制可见光谱中的吸收、反射或透射产生颜色。虽然研究人员已经开发出等离子体共振、导模共振和Mie共振等多种策略来解锁光子纳米结构中的光谱特性与功能限制。然而,其制备工艺往往需要复杂的光刻技术。开发基于新材料、新机理的简单、高效、可大规模制备的结构色涂层仍然具有挑战。本课题基于干涉效应的颜色薄膜,从薄膜的变色及不变色性能出发。本文综合利用单层膜的光学常数表征、含吸收层的多层薄膜设计和目标值优化等分析方法,对膜系结构进行了设计优化。采用电子束蒸发离子束辅助沉积技术手段对上述两种薄膜结构色涂层进行了制备。在光学虹彩色的设计过程中,基于磁性金属氧化物重点设计了具有虹彩效果的1/4光学厚度全介质反射膜。从实现制备的产业化、人体安全特性、增强对比度等角度出发,本文提出一种利用简单对称的Fe3O4-SiO2-Fe3O4结构来创造明亮的颜色外观、高颜色对比度、双向和可定向的磁性结构颜色的方法。在光学非虹彩色的设计过程中,基于高吸收介质的强干涉效应,设计了一种金属半导体吸收反射薄膜。创造出的RGB结构色涂层,具有非虹彩的颜色外观和良好的角度不敏感性能。红色薄膜样品的角度不变的外观能维持到60度,蓝色和绿色薄膜样品的角容限高达75。本课题从原理阐述,结构设计、薄膜制备、性能测试到应用实施等方面,对薄膜结构色涂层展开系统性地研究。制备得到的颜色涂层分别具有不同入射角度下的虹彩及非虹彩效果。这项技术具有广泛的应用潜力,在彩色涂料、装饰性光伏、超分辨打印、光电探测器、传感器、安全标签和彩色显示等领域具有广阔的应用前景。