染料是能將纖維或者其他基質(zhì)染成一定顏色的有機(jī)化合物。染料可以直接或通過(guò)某些媒介物質(zhì)與纖維發(fā)生物理或化學(xué)的結(jié)合而染著在纖維上面。顏料是跟染料不一樣的一種有色物質(zhì)，其不溶于水和一般有機(jī)溶劑，使用時(shí)只能借助某些高分子粘結(jié)劑的作用，將顏料的微小顆粒粘著在纖維表面。染料之所以能夠呈現(xiàn)顏色（如圖1），主要是由于其分子中存在發(fā)色團(tuán)和助色團(tuán)等化學(xué)基團(tuán)。所謂的發(fā)色團(tuán)，一般指的是那些對(duì)波長(zhǎng)為200-1000nm的電磁波發(fā)生吸收的基團(tuán)。實(shí)際上，染料要對(duì)波長(zhǎng)大致為380-780nm范圍內(nèi)的光波發(fā)生吸收才能顯現(xiàn)顏色。

圖1 五顏六色的染料

結(jié)構(gòu)色來(lái)源于光與微觀結(jié)構(gòu)相互作用產(chǎn)生反射、折射、散射、衍射和干涉等光學(xué)效應(yīng)。產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色的物理機(jī)制是光與光學(xué)尺度的微觀結(jié)構(gòu)的相互作用。不同的微觀結(jié)構(gòu)將會(huì)產(chǎn)生不同的光學(xué)現(xiàn)象。自然界中結(jié)構(gòu)色普遍存在（如圖2），許多昆蟲(chóng)和鳥(niǎo)類就有結(jié)構(gòu)色。瑞利散射導(dǎo)致了蜻蜓體表顏色的變化，光子晶體的作用使得孔雀羽毛能夠顯示鮮艷的色彩，最為典型的是蝴蝶的干涉生色。

圖2 自然界中的結(jié)構(gòu)色

蝴蝶的翅膀由許多鱗片組成，鱗片中有大量色素沉積，類似顏料的作用，因此蝴蝶的顏色最初以為是色素沉積導(dǎo)致的。而近些年，研究者發(fā)現(xiàn)是鱗片層的薄膜光學(xué)特性決定了鱗片的顏色，對(duì)比之下色素沉積顯得微乎其微，如圖3所示。同樣的對(duì)于鳥(niǎo)類的羽毛也是一樣，雖然色素的沉積對(duì)整體顏色的影響有一種調(diào)和的作用，但顏色還是取決于有序的結(jié)構(gòu)規(guī)則產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)色。

圖3 蝴蝶翅膀的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)色與色素?zé)o關(guān)，是生物體亞顯微結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的一種光學(xué)效應(yīng)。結(jié)構(gòu)生色現(xiàn)象廣泛存在于自然界中，模擬自然界中結(jié)構(gòu)色的微結(jié)構(gòu)，可以使紡織品產(chǎn)生顏色，具有傳統(tǒng)染色法所無(wú)法比擬的節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因而具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。這些絢麗的結(jié)構(gòu)色是大自然饋贈(zèng)給人類的禮物，源于自然界的靈感，通過(guò)自然的啟發(fā)，人工制備的結(jié)構(gòu)生色也被大量研究出來(lái)。

帝人纖維有限公司開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)Morphodex，這是一種未染色的結(jié)構(gòu)彩色纖維。該技術(shù)基于Morphoph蝶翅膀微觀結(jié)構(gòu)的仿生概念，由聚酯或尼龍組成的70nm厚度的薄膜交替層壓在61層中，并且根據(jù)可見(jiàn)光波長(zhǎng)精確控制層厚度來(lái)開(kāi)發(fā)紅色、綠色、藍(lán)色和紫色四種類型的基本顏色。Morphotex具有廣泛的應(yīng)用，例如長(zhǎng)絲，短切纖維和粉末材料，可進(jìn)一步加工成服裝（如圖4）。

圖4 Morphotex結(jié)構(gòu)生色纖維織造成的晚禮服