结构色（Structural colours），又称物理色（Physical colour），这是由于昆虫体壁上有极薄的蜡层、刻点、沟缝或鳞片等细微结构，使光波发生折射、反射或干扰而产生的各种颜色。如甲虫体壁表面的金属光泽和闪光等，是永久不褪的，也不能为化学药品或热水处理而消失。

结构色在工业、商业和军事应用方面具有潜力，仿生表面可以提供鲜艳的颜色、自适应伪装、高效光学开关和低反射率玻璃等。

结构着色最早由英国科学家罗伯特·胡克（Robert Hooke ）和艾萨克·牛顿（Isaac Newton）观察到，其原理波干涉在一个世纪后由托马斯·杨（Thomas Young）解释。

在17世纪中叶，艾萨克·牛顿（Isaac Newton）在实验室里观察到阳光透过三棱镜产生彩色光谱，这一发现揭示了自然界色彩与光的关系。随后，艾萨克·牛顿和罗伯特·胡克（Robert Hooke ）利用显微镜研究孔雀羽毛的颜色，发现除了色素外，羽毛的结构也对反射光的颜色有重要影响。

两个普通的独立光源照射在同一空间区域(如屏幕)时，强度将是简单的相加，这种现象是屡见不鲜的。但在一定条件下，在两束光重叠区域内不是简单的叠加而是有的加强有的削弱，即呈现亮暗相间的条纹，这就是光的干涉现象。

光的干涉在牛顿时代已观察到(牛顿环)，但首先用实验实现光的干涉是托马斯·杨。托马斯·杨实验在光学发展史上具有极其重要的地位，它是历史上以光的干涉现象揭示光的波动性的第一个实验，它是由英国医生、物理学家托马斯·杨在1801年完成的。托马斯·杨用惠更斯原理和波的叠加原理完美地解释了他的实验结果，第一次测定了光波波长。

到了19世纪末，英国动物学弗兰克首次完整解释了不同动物色彩的形成原理。他指出，动物的颜色要么来源于皮肤中的色素，要么是由光线的散射、衍射或不均匀折射等光学效应引起的，前者称为色素色，后者称为结构色。

在19世纪末，法国物理学家加布里埃尔·李普曼应用结构色原理发明了彩色照相干涉法。这种创新的摄影技术可以在黑白照片上还原物体真实的颜色，而无需使用染料。李普曼的发现基于干涉现象，并于1908年因此获得诺贝尔物理学奖。

与传统色素色相比，结构色独特的成色原理，使它具有与众不同的神奇特性，主要体现在以下方面：

结构色在颜色显示方面具有显著的优势。通过控制材料表面的结构，可以实现对特定颜色的选择性散射。与传统的基于三原色混合的假彩色不同，结构色能够散射出真实、高纯度的颜色。

结构色的生产过程涉及对原材料进行微观尺度上的加工。常见的制造技术包括电子束光刻法、磁控溅射射频法、真空纳米蒸镀法、溶液涂布法和物理沉积法等。这些加工方法摒弃了传统的染缸或涂料上色方式，并改良了原材料的性质，使结构色具有更强的耐久性，能够应对强光辐照和酸碱腐蚀等恶劣环境条件。利用结构色加工的表面能够长时间保持原有的光泽，并且生产过程大幅减少了化学漆料对环境和人体的潜在危害。

结构色与化学染料有着不同的特点。结构色通过微小表面结构对光束的影响来实现不同颜色的显示，而不是像化学染料那样通过上色即定型。微小单元在结构色中可以通过外力形变、机电控制等方法调节散射光波，尤其是周期排列的微小结构单元还能够调控光场的偏振，使散射的光子按照特定方式振动，形成具有独特"光学指纹"的材料。这种神奇特性为光学防伪、三维成像等技术提供了新的可能性。

结构色具有广阔的应用前景，在印刷、显示、喷涂、防伪等领域发挥重要作用。在国防和军事领域，结构色的潜力被认为是无限的。

通过微小表面结构对光束的控制，结构色可以实现不同颜色的呈现，并具有灵活调控散射光波的能力。这种特性使得结构色在军事技术方面有着潜在的变革作用，如推动隐身和伪装技术的发展。通过调节光波的频率、振幅、偏振等参数，结构色在隐身、伪装、三维成像、头盔式显示、人工智能、虚拟增强与虚拟现实、光信息处理等方面具备重要的军事价值。例如，一种称为"光子染料"的新型技术利用纳米颗粒之间的距离调整来实现雷达和红外隐身效果。如果将该技术广泛应用于军事装备喷涂，将大大提高装备的自身防护能力和行动的隐蔽性。

结构色的精细设计也有助于研制战场可穿戴装备。多层微孔结构的特性使得液体或气体能够流入并实现内部循环，从而在不同温度和湿度条件下保持优良的保温和透气性能。此外，在军服和伪装材料表面引入周期性疏水或疏油颗粒，则可以创造出既具备伪装能力又具备防水防油功能的服饰。这种技术已经在"纳米生色"领域得到应用，实现了独特的渐变色、角度色、双面色、金属色等色彩，并具备防水、抗菌、防晒、抗氧化、耐酸碱和导电屏蔽功能。此外，这种特性还可应用于医用可穿戴检测设备的制造，实现对战场人员生理状态的实时监控等。

运用结构色的高亮度、高饱和度和可控偏振特性，可以发展全息彩印防伪技术，提高证件防伪性能，保护身份信息安全。近期报道中提到的新加坡研究团队利用结构色原理设计了不同高度的纳米杆，实现了在白光下的彩色图像显示。与传统油墨印刷相比，这种全息彩印技术具备了超高印刷分辨率和长期稳定性等优势。此外，在激光照射下，这种印刷材料还可以在远处的屏幕上投射出设定好的图像。这种技术可以应用于身份信息保护、涉密证件防伪等军事安全领域，并有着广阔的应用前景。

由于结构色具有不褪色、环保和虹彩效应等优点，在显示、装饰、防伪等领域具有广阔的应用前景。对自然界中生物的结构色形成机理及其应用进行研究，可以促进仿生结构色加工和微纳米光学技术的发展。

结构色因其与微结构间复杂关系，在各个研究领域中引起广泛关注。对微结构进行准确描述和光学特性分析是一个不断发展和完善的过程。例如，凤蝶科属于P.P.Fabricius和 P.lorquinianus鳞翅由上下两层鳞片组成，其中结构色主要由上层鳞片产生。而附着在上层鳞片上的脊型结构对结构颜色基本上没有影响。鳞片上的凹坑形状会对颜色产生影响，随着深度逐渐减小，颜色的主要波长向长波方向移动，同时亮度逐渐增大。当鳞片表面没有凹坑时，亮度最大化。

蛋白石结构的胶体晶体具有广阔的应用潜力，尤其在显示和传感领域。研究胶体晶体的折射率对比度、晶格间距与带隙参数之间的关系，对于可变结构色的应用具有重要参考价值。利用结构色原理，研究人员已成功合成了人工蛋白石，其中使用硅粒沉淀法等方法

显色纤维已经引起了人们的关注。研究通过模仿自然界中的微结构，尝试对纤维进行结构色设计。一种横截面呈蜂窝状海岛型纤维被构造出来，这种结构能有效减小角度对结构颜色的影响。