结构色由于拥有色素色所不具备的优势,如饱和度较色素色高、永不褪色等特性引起了国内外学者的广泛研究。但是由于目前人工制备出的结构色存在呈色饱和度低,角度依赖性较大等因素极大限制了它的应用。氧化锆由于较高的折射率、稳定的物理、化学性质以及较高光透过性是制备超材料色剂的理想材料。对制备出的超材料氧化锆色剂进行改性来提高呈色饱和度,降低呈色角度依赖性。改性后的超材料氧化锆色剂有望在广告、防伪等方面得到广泛的应用。本论文对超材料氧化锆色剂的制备工艺进行了优化,成功制备了超材料氧化锆色剂,分别采用原位碳生成和碳添加两种方法对制备出的超材料氧化锆色剂的呈色饱和度和角度依赖性进行了改性研究,探究了其改性机理。(1)以无皂乳液聚合法制备出尺寸均匀分布在340±10 nm的聚苯乙烯微球乳液,乳液采用蒸发自组装法制备了聚苯乙烯胶晶模板,对模板的微观形貌、呈色性能进行了表征。用胶晶模板法制备了超材料氧化锆色剂,探究了制备过程中前驱体配比、模板/前驱体质量比和煅烧温度对超材料氧化锆色剂的微观形貌、物相和呈色性能的影响规律。结果表明:蒸发自组装法制备出的聚苯乙烯胶晶模板排列整齐,呈现出微弱的绿色;前驱体配比、浸渍时模板/前驱体质量比对超材料氧化锆色剂的微观形貌、呈色性能影响显著,对样品的物相结晶度影响不显著;煅烧温度对超材料氧化锆色剂的微观形貌、物相结晶度以及呈色性能影响显著较为显著。当前驱体配比为1:1,模板/前驱体质量比为1:15,煅烧温度为600oC制备出的超材料氧化锆色剂的微观形貌排列良好,物相纯净,呈现出较为亮丽的颜色。(2)将浸渍后的模板在氮气保护气氛下煅烧,利用原位碳的生成对超材料氧化锆色剂进行改性。探究了煅烧温度、氮气流量对超材料氧化锆色剂的微观形貌、物相结晶度以及呈色性能的影响规律。结果表明:当氮气流量从0.2 L/min增加至0.8 L/min时,对超材料氧化锆色剂的微观形貌影响不显著,氮气流量的增加会导致样品的结晶度下降,样品呈色饱和度增加;当煅烧温度从500oC增加至700oC时,煅烧温度对超材料氧化锆的微观形貌、物相结晶度以及呈色饱和度影响显著;当煅烧温度为600oC时,氮气流量的增加会引起样品呈色角度依赖性降低。以0.8 L/min的氮气流量作为保护气氛在600oC煅烧,能够得到微观形貌良好,物相纯净且呈色饱和度较高、角度依赖性较低的超材料氧化锆色剂。(3)分别在配制氧化锆前驱体时添加蔗糖后直接浸渍和用蔗糖溶液对制备好的超材料氧化锆浸渍,探究了蔗糖添加次序对超材料氧化锆色剂的微观形貌、物相和呈色饱和度的影响规律。对蔗糖溶液浸渍超材料氧化锆的工艺,分别探究了蔗糖浓度以及浸渍次数对超材料氧化锆色剂的微观形貌、物相和呈色饱和度的影响规律。结果表明:蔗糖添加次序对超材料氧化锆色剂的微观形貌、物相结晶度和呈色性能影响显著,用蔗糖溶液对超材料氧化锆色剂进行浸渍,样品的微观形貌、物相结晶度和呈色性能均较好;当蔗糖浓度从1 wt%增加至5 wt%时,对样品的微观形貌、物相结晶度的影响不显著,但是呈色饱和度明显增加;当浸渍次数从1次增加至5次时,对超材料氧化锆色剂的微观形貌有一定影响,对样品的物相影响不显著,样品呈色饱和度明显增加,角度依赖性明显降低。用5 wt%的蔗糖溶液对超材料氧化锆浸渍5次后在氮气气氛下煅烧,所得样品的呈色饱和明显改善,角度依赖性明显降低。(4)对两种方法改性后的样品与未改性的样品进行对比分析。结果表明:未改性的超材料氧化锆微观形貌较好,其余两种改性方法对样品的微观形貌有一定影响;利用原位碳生成改性导致超材料氧化锆色剂的物相结晶度有一定降低,利用碳添加对材料改性后的样品物相结晶度有一定改善;两种改性方法都改善了样品的呈色性能,样品呈色饱和度以及角度依赖性明显改善。