结构色通常具有高亮度、高饱和度、永不退色、虹彩效应（颜色随观察角度的变化而变化的现象）等特点,巧妙合理地将其应用到纺织品上可极大地提高纺织品的附加值。本课题组前期利用静电自组装法在多种织物上构建了聚合物/无机纳米粒子结构生色薄膜,并对其光学特性和生色机理进行了初步探索,但对于纳米粒子的粒径尺度对自组装结构的影响、结构色与相应微观结构之间的关系、经典薄膜干涉生色机理在静电自组装薄膜结构生色理论方面的应用局限性等尚未深入研究。本文在课题组前期研究工作基础之上,通过对不同粒径下薄膜微观结构的精细描述和光学特性分析,研究组装粒子的粒径与薄膜微观结构及结构色之间的相关性,并对静电自组装薄膜的生色机理进行一定的补充。为课题组后续结构色的研究工作提供进一步的理论依据,促进仿生结构生色纺织品的开发与应用。本论文主要开展了以下三方面的研究工作:1.粒径尺度对薄膜结构的影响:应用场发射扫描电子显微镜观察不同粒径的纳米粒子在基板上的分布及其在组装过程中的组装行为,并应用原子力显微镜及椭偏仪研究不同粒径粒子组装所得薄膜的表面形貌及内部结构之间的差异,研究粒径尺度对自组装薄膜结构的影响;2.粒径尺度对薄膜结构生色效果的影响:应用数码相机、多角度分光光度仪、紫外可见分光光度计等仪器分析表征不同粒径粒自组装所得薄膜的生色效果,以薄膜结构色的均匀性、丰富度、明亮度、虹彩效应等为评价指标,研究粒子粒径对薄膜结构生色效果的影响;3.静电自组装薄膜生色理论的补充:通过对不同粒径SiO₂所构建薄膜结构的精确描述和光学特性分析,明晰粒径对于光与静电自组装薄膜之间的复杂作用关系,建立相关理论模型,限定课题组前期所提出的静电自组装薄膜生色机理的适用范围,并做一定的理论补充,以进一步完善静电自组装薄膜结构的生色理论。上述三方面的研究结果表明:1.小粒径的粒子彼此间空隙小,组装过程中,粒子的填充及叠加行为自始至终都存在,组装较少周期后,薄膜即可形成多层结构并纵向增长;相对而言,大粒径的粒子带电量大,彼此之间需保持较大距离以保持体系的平衡,组装过程中粒子优先填充至粒子间空隙处,直至该层粒子接近饱和,此过程中粒子的叠加行为从无到有,最终得到的薄膜为一种有机/无机复合材料与空气孔隙形成的多孔结构薄膜;组装所用粒子的粒径越大,最终所得薄膜的表面起伏就越明显,尖峰多且杂,同时薄膜的内部结构中空气占比就越大,薄膜就越疏松;2.随着粒子粒径的增大,薄膜开始出现颜色所需的组装周期数减小,随后薄膜颜色随组装周期数的继续增加而出现红移现象;粒子粒径过大或过小都会导致薄膜颜色的不均匀性增加,颜色黯淡,颜色变化种类减少,虹彩效应削弱等现象;粒径适中的粒子在随组装周期数不断增加的过程中会出现颜色的循环现象;3.本研究得到的SiO₂/PEI薄膜在整体上符合薄膜干涉生色理论,但薄膜结构在某些局部和微区是无序的,光的散射作用始终存在,且随粒子粒径的增大,薄膜表面的起伏度增加,光的散射作用增加;当粒子的粒径较小时,粒子之间会出现一定程度的团聚现象,光与小粒子之间还会发生一定的衍射作用;上述散射和衍射作用都会在不同程度上削弱薄膜干涉作用,造成薄膜颜色黯淡、不均匀、虹彩效应削弱等效果。