微结构表面因其辐射特性具有调控手段丰富、调控能力强等优点,而广泛应用于目标探测、航天器热控和太阳能利用等领域。同时,基于可逆热致变色材料的微结构表面因其辐射特性具有随温度可逆变化的特点,在上述各领域拥有广泛的应用前景。目前,尽管针对微结构表面辐射特性的研究已开展较多,但是对实际机加工产生的类光栅微结构表面辐射特性的研究还较少,尤其是加工后的基材形貌对金属表面辐射特性的影响规律尚不明确。同时,工程中常会对加工完的铝合金表面进行阳极氧化处理以提高表面的耐腐蚀和耐磨性等性能。阳极氧化会导致铝合金表面生长一层多孔阳极氧化铝（AAO）类光子晶体微结构涂层。由于AAO涂层的存在,原表面辐射特性将发生显著变化。然而目前AAO涂层的结构参数对其表面辐射特性的影响规律和影响机理尚缺乏系统的研究。此外,相比于辐射特性相对稳定的AAO涂层,基于二氧化钒（VO2）的热致变色微结构智能涂层因其辐射特性可以随温度变化自适应调节,在航天器热控和节能智能窗领域具有巨大的应用前景。尽管针对VO2热致变色智能涂层的相关研究已开展较多,但对智能涂层辐射特性及其使用性能的调控规律仍有待进一步研究。本文首先以实际机加工产生的类光栅微结构表面和铝合金阳极氧化表面处理产生的AAO微结构涂层为研究对象,设计并搭建了新型的卧式散射特性自动测量仪。利用所研制的散射仪研究了实际加工表面和AAO涂层表面的散射特性,并应用时域有限差分（FDTD）方法研究了表面结构对其红外光谱辐射特性的影响规律和影响机理,为相关表面在目标识别和辐射传热等领域的应用提供参考和数据支撑。其次,分别以航天器热控领域的VO2多层膜微结构智能涂层和节能智能窗领域的VO2核壳纳米粒子系微结构涂层为研究对象,研究了涂层结构参数和材料光学常数对其光谱辐射特性和智能调控性能的影响规律,主要工作包括:设计并搭建了一套新型卧式散射特性自动测量仪,使用抛光硅片和标准漫反射板对散射仪的性能进行测试,验证了所研制散射仪测量的准确性。利用散射仪针对三种机加工方式（平铣、刨削、平磨）产生的类光栅微结构表面的双向反射分布函数（BRDF）开展了实验测量研究。结果表明,当入射平面与平铣加工面条纹平行时,其表面BRDF呈漫反射分布特性;当入射平面与平铣加工面条纹垂直时,其表面BRDF呈镜反射分布特性。但是刨削和平磨加工面的BRDF随入射方位角的变化规律与平铣加工面呈现截然相反的规律。应用蒙特卡洛光线追踪（MCRT）方法研究了不同偏振光和不同入射角度下类光栅平磨加工面在半球空间的散射分布特性。结果表明,类光栅平磨加工面在半球空间的散射分布范围呈椭圆形区域。为研究基材表面形貌对类光栅微结构金属表面光谱辐射特性的影响,本文分别建立了矩形、正弦、圆弧尖头、锯齿型等规则的光栅表面模型,同时考虑到加工表面的形貌具有一定随机性,建立了高斯随机类光栅表面模型。基于FDTD方法研究了表面粗糙度、周期长度、表面形貌、入射光偏振态等对类光栅微结构金属表面光谱发射率的影响规律。结果表明,正弦、圆弧尖头和锯齿光栅表面光谱吸收率曲线彼此相似,高斯随机类光栅表面的光谱吸收率在相同粗糙度情况下最大。为研究铝合金阳极氧化表面处理后产生的AAO类光子晶体涂层的辐射特性,本文利用所研制的散射仪对其表面散射特性开展了实验研究,并应用FDTD方法对其表面红外光谱发射率进行了理论研究。基于实验和计算结果,分析了AAO的结构参数对其表面BRDF和红外光谱发射率的影响规律和影响机理。结果表明,AAO涂层表面的BRDF主要受孔隙率的影响,这主要由于孔隙率变化使得AAO涂层等效折射率变化引起的。而AAO涂层的红外光谱发射率主要由孔隙率及其厚度共同决定。AAO涂层的发射率在3～10μm波段随着孔隙率增大而减小,随膜厚的增大而增大;在10～15μm波段随着孔隙率增大而增大,但不随膜厚变化。相比于AAO涂层,VO2热致变色微结构涂层因其辐射特性能随温度可逆变化的独特优势,使其在智能热控涂层和节能智能窗涂层领域极具应用前景。本文首先以VO2多层膜微结构智能热控涂层为研究对象,基于传输矩阵（TMM）方法研究了间隔层材料折射率以及不同膜层厚度对VO2/Spacer/Al三明治结构热致变色涂层辐射特性及发射率调控值的影响规律。其次,针对VO2核壳结构纳米粒子系热致变色智能窗涂层,采用等效介质理论结合传输矩阵方法研究了壳材料光学常数、壳厚、粒子体积分数和涂层厚度对智能窗涂层辐射特性及其调控性能的影响。结果表明,间隔层材料折射率主要影响VO2/Spacer/Al结构智能涂层金属态的发射率,且最优的折射率范围为3.2～4.2。对于VO2核壳结构纳米粒子系智能窗涂层,发现当壳材料的折射率在1.6～2.3之间时,可以起到提升智能窗涂层太阳热调控能力的作用,且存在最佳的相对壳厚。