结构色，又称物理色，是由于某种特殊的微纳结构使光发生干涉、衍射和散射等而产生的各种颜色。模仿自然界中生物体的微纳结构，可以在纤维上形成结构色，结构色纤维以其环保的特性有望克服传统纺织印染方法对水资源的浪费和污染问题。研究结构色与微观结构的关系、不同微纳结构的显色特性，可以促进仿生结构色产品的开发和微纳米光学技术的发展。本论文从微纳结构的生色机理出发，深入探究了薄膜干涉及其显色特性、自然界中蝴蝶鳞片的微观结构与显色机理、人工结构色产品的光学特性，并对高聚物纤维进行了仿生结构色的设计和优化。主要研究内容及结论如下：(1)本文利用时域有限元差分法FDTD Solutions软件模拟了单层薄膜和多层薄膜的反射特性，并分析了结构参数对颜色的影响。单层薄膜干涉中，薄膜的折射率越大，其反射率相对越大。入射角的变化会影响波谱的位置，使波谱对应的颜色发生变化。在多层薄膜中，两种薄膜的折射率相差较大时，随着薄膜层数的增加，其最大反射率增大较快。当两种薄膜折射率相差较小时，则增大较慢。但层数足够大时，最大反射率将很大，甚至达到100%。另外，多层膜的反射率与光线入射角度关系密切；当多层膜中相邻两种薄膜的光学厚度之和保持不变时，它们比值的变化对结构色没有影响。这些研究为设计人工结构色薄膜材料提供了参考。(2)采用扫描电镜观测大紫蛱蝶蓝色区域和柑橘凤蝶黄色区域的鳞片，可以观测到鳞片表面非常精细的结构。再用透射电镜观测它们的横截面结构，得到了相应的结构参数，建立结构模型，并进行光学仿真分析。计算得到大紫蛱蝶鳞片结构模型对应的结构色是明亮的蓝色，符合试样的颜色。而柑橘凤蝶鳞片结构模型对应的结构色是饱和度较高的黄色，与试样的颜色也是吻合的。这两种结构模型都为设计人工结构色产品提供了很好的借鉴。(3)人工结构色产品的生色机理分析。通过扫描电镜观测到Angelina纤维是一种截面为层状结构的结构色纤维，其中每层聚合物厚度都是精心设计的，它与Morphotex纤维一样都是薄膜干涉生色。本论文还分析了闪耀光栅的光学特性。CD光盘是一种粗制的闪耀光栅，它可以把衍射光集中在槽面反射方向并产生干涉加强，产生耀眼的光芒。而不同的衍射角形成不同的主极大条纹，当复合白光入射时，由于各色光的波长不同，衍射光便被分散开来，形成虹彩现象。(4)基于生色理论研究和试样分析，本文利用仿生方法对纤维进行结构色设计。受海老鼠刚毛结构的启发，本文设计了一种蜂窝状纤维结构，该结构很好地结合了四方晶格和三角晶格结构，采用密排排列方式，获得了结构色效果较好的绿色。该结构色稳定，受光线入射角度影响小。