一、颜色
在生物系统中，有两种主要的颜色来源，颜料和结构颜色。
对于结构颜色，也许生活中最常见的例子是圆盘：从不同的角度，我们可以看到不同的颜色。这种颜色随视角而变化，称为彩虹色。通过将光盘放在显微镜下，我们可以看到光盘表面上规则排列的微小结构，这是光盘上记录的数据。正是由于这些微小的结构，才产生了圆盘的结构颜色。
但并非所有结构颜色都是彩虹色。例如，东方蓝鲱鱼的蓝色羽毛的颜色也来自结构颜色，但不会随观察角度而变化。这种蓝色是由不规则的微观结构引起的光散射引起的。
形成结构颜色的四种方式：
结构色彩产生的第一个机理是光的单层膜干涉，生活中常见的例子是水面上油膜的颜色。不同颜色的光在不同的入射角下，不同厚度的油膜干涉，产生丰富的油膜色彩。
生产结构颜色的第二种机制是光线干扰多层薄膜，这些薄膜由具有不同折射率的两种物质交替叠加。
第三种结构颜色是由光子晶体引起的，光子晶体是由具有不同折射率的两种物质的周期性排列形成的微观结构。例如，孔雀羽毛的结构颜色来自羽毛内部的光子晶体结构
第四种结构颜色是由光栅衍射引起的，光栅结构通常通过激光直接写入，全息干涉，离子/电子束光刻，数控加工（CNC）等方法制备。光栅线间距通常在几微米甚至几百纳米，通过调节光栅周期、角度、深度、折射率、占空比等参数，实现光的衍射、散射形成结构色。
二、结构色彩现状的应用
1、复旦大学材料科学系智能显示结构彩膜材料吴立民教授团队将几微米到十几微米直径的高分子胶体微球，组装成单层微球阵列粘接层上的普通透明高分子胶带，首次研制出一种智能响应结构的彩色膜材料，具有反反射和角色角恒定的色彩， 并揭示了其智能响应结构颜色形成机制。
这种防反射结构彩色膜可以应用于夜间交通反复出现的光标或广告牌，因为灯光的方向和驾驶员的视角是同轴的，驾驶员从远处到近处都能观察到同源的、明亮的反光色，而路边行人则因为视角和照明方向的不同轴， 由于车辆从远处和近处都能观察到反光色的变化，如下图所示，从而有效提醒行人（尤其是戴耳机或听障人士）主动避开车辆后方，避免交通事故。薄膜或涂层还支持其他智能交通显示功能，例如具有交互式变色和闪烁的交通信号标志。
图 1.由反光结构彩色胶片准备的夜间道路上交通重标的应用图，以及车辆行人视角（B-D）行人视图和（E-G）驾驶员视角在距离标志L不同距离的照片。
图 2.当驾驶员的视野和（E-H）行人的视野发生变化时，驾驶车辆距离80米和附近，距离40米，15米和10米（A-D）。
这种新颖的光学现象的原因是聚合物胶体微球和透明胶带形成基于气垫微球/聚合物的独特双层微观结构，当白光束从薄膜微球侧入射时，光线会落入微球部分和微落部分的半球界面，分别产生薄膜干涉和完全内反射效应， 从而达到智能结构色彩生成和防反射的效果。通过调整微球的粒径，可以控制空气层的厚度，从而产生不同颜色的结构颜色。
2、纺织品结构颜色结构彩色纺织品，因为没有颜料或染料参与着色过程，没有褪色现象，不需要花费大量的水资源来冲洗，同时也避免了富含颜料、染料和印染助剂造成的资源浪费， 为生态绿色污染修复提供了新的思路。
湖北大学的王世民教授和武汉纺织大学的徐伟林教授开发了一种有效且易于操作的碳纤维织物着色方法，该方法不仅颜色可调，而且具有优异的耐水洗性。该研究已发表在材料科学领域领先的国际期刊ACSNano上。
与传统着色剂相比，这些完全由结构赋予纺织品颜色的方法，具有颜色水不褪色和环保的优点，可用作新型着色剂，在纺织染整、涂布、印花等方面具有非常广泛的应用，这对实现绿色健康生活具有重要意义。外部环境因素，如酸度、湿度、温度、应力等，会对结构色纺织品的特殊周期性物理结构产生一定的调节作用，从而随着外部环境因素的变化而产生不同颜色的结构颜色。这种利用外部环境因素的变化动态调节可见光范围内颜色的技术，为传感器湿度、温度、酸度检测设备的发展提供了一种新的思维方式。此外，光散射对结构颜色的影响以及结构颜色对视角的依赖性也可用于为隐形材料的制备提供新的思维方式，例如基于光子晶体结构的结构彩色纤维可以用作钞票真伪标记。
3、油滴结构颜色
美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员在研究一种特殊类型的油滴时发现了新的结构颜色机制。他们将两种彼此不溶的不溶性有机液体分散到水中，形成一个不均匀的油球，在液滴中两种有机物的交界处形成弯曲的液体表面。然后他们发现，本应是无色液滴的边缘在光线下颜色鲜艳。研究人员通过实验和理论模拟确定了颜色的原因：由于油滴上方密度较低的液体折射率高于下面密度较高的液体，因此当光线从上到下照射到油滴中时，在两种液体之间的界面处发生完全反射，即入射光全部反射并且不折射到另一种介质中。由于表面的存在，经过多次充分的反射，照射到液滴不同部位的光会光范围较差，从而造成干扰，进而导致油滴呈现出特定的颜色。
油滴的结构颜色。图中的标尺为100微米（大）和2厘米（小）
研究人员进一步发现，当改变液滴中两种液体交界处的表面形状时，液滴的结构颜色也会发生变化，这使得新的显示技术成为可能。例如，他们在水中添加了一种特殊的表面活性剂，其化学结构在紫外线辐射下发生变化，这反过来又进一步影响了液滴中的表面形状。如果您选择性地照射液体的某些区域，则可以获得两种不同的颜色来呈现特定的图案。
改变油滴中液面的形状会改变油滴的结构颜色，从而在液面上呈现出一定的图案。标尺为2厘米（中心）和50微米（右）
4.南京大学的徐婷教授和陆彦清教授，他们是密码信息，带领他们的团队，与国家标准技术研究院的研究人员合作，完成了使用自然光结构颜色进行绘画的实验，他们以极高的精度重新出现了17世纪荷兰艺术家Jan Vermeer的传记画"戴珍珠耳环的女孩"。
这幅"画"的实际尺寸只有一毫米左右，需要显微镜观察细节，另外，"画"没有使用任何颜料，只依靠微观结构材料折射光变换，为整幅画准确画出色彩，并首次实现光色明暗过渡控制， 使整幅画看起来更加立体。
首先，研究人员说，这是一种通过控制不同波长输出和光的投影转换来存储加密信息的特殊方法，将图像或文本存储在玻璃板上，并且由于每个像素都是纳米级的，因此可以保留信息。
其次，实验需要通过特殊的偏振滤光片进行调整，以显示清晰美观的画面，如果将这种滤光片去掉，呈现的图案就完全不同了，而且由于这种微纳结构的原始设计和生产相当复杂，很难模仿，在一定程度上，该技术可用于做高价值物品的防伪， 对某些物品进行编码的图像和文字，这种"防伪"标志只有通过一些特殊手段，才能看到它的真实面貌。
5、微结构彩色包装（无油墨印刷，微纳质感）任何一种产品都离不开包装，任何一种包装也离不开印刷，而过度印刷往往具有绿色环保，有的甚至有害。例如：印刷油墨常使用乙醇、甲苯、二甲苯等有机溶剂。上述大部分有机溶剂干燥后会排放到空气中，污染环境，残留的部分也会对消费者的人体造成伤害。特别是油墨面积较大，油墨层较厚，其残留溶剂较多，在使用过程中释放的有毒物质污染空气，危害人们的健康。
无墨印刷认为，采用环保材料、工艺，简化工艺，减少环境污染，降低制造成本，是目前需求量最大的。
无墨印刷是一种基于表面微观结构的反射、折射、衍射、散射等现象，用来表达图像文字的颜色、对比度、动态、三维等信息，即上面提到的结构颜色。这种微观结构在玻璃，塑料甚至金属板上进行，并且可以局部或整体取代传统的油墨印刷工艺。它不仅具有技术、时尚、环保、低成本等优点，而且可以使质地更加细腻、丰富、灵活。这不仅是技术上的突破，更重要的是观念的改变。
无油墨印刷药袋
无墨水马卡酒袋
无墨水电子烟包
无墨打印香烟包
苏州印模科技将环保、时尚、防伪完美融合，摒弃了那种过分强调产品设计上丰富的彩妆印花，以更负责任的态度和方法打造一种新型的包装印刷形式，以更简单、持久的造型使产品尽可能长久地延长其使用寿命， 同时传达绿色、人文理念的精神，为环保印刷包装，为确保消费者安全做出自己的贡献。
三、关于结构色彩的未来
结构色彩的应用远不止于此，作为一种颠覆性的显色技术，结构色彩具有独特性，使其在印刷、展示、喷涂、防伪等领域迎来广阔的应用前景，在国防和军事领域，其应用潜力巨大。
使用独特的色彩原理来推动军事技术变革，如隐身和伪装。结构色彩是一种可以通过光波（即电磁波）精细控制的色彩表现形式，通过调节电磁波频率（波长）、振幅、偏振的性质，在隐身、伪装、3D成像、头盔展示、人工智能、虚拟增强和虚拟现实、光学信息处理等方面可以显示出重要的军事价值。 自旋和轨道角动量。国外的一家研究机构可以通过改变染料中纳米颗粒的间距，使其仅吸收或散射某些颜色的光，从而在雷达甚至红外探测中实现隐身效果。这项被称为"光子染料"的新技术，如果广泛应用于军事装备喷涂，将带来军事隐身、伪装等技术变革，从而大大提高军事装备自身的防护能力和军事隐蔽性。
通过结构的精细设计，开发出可穿戴智能设备。结构颜色通常属于多层微孔结构，通过精细设计，这种特殊的结构允许液体或气体流入，并使其实现内部循环，使设备在不同的温度、湿度条件下，仍然具有优良的绝缘性和透气性。同时，可以在军装和迷彩材料的表面上引入周期性的疏水或憎油颗粒，以制造出兼具迷彩和防水和防油功能的功能性服装。
源：
1、朱晓伟，闫铁岭，"结构有色纺织品研究进展"，《纺织科学与工程学报》，第37卷，第4期（共138号）;
2、《科学家开发新型智能显示结构彩膜材料》中国科学期刊社;
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