السبب وراء قدرة أكسيد الحديد النانوي على تقديم ألوان مختلفة يرتبط بشكل أساسي ببنيته البلورية، وحجم الجسيمات، وحالة السطح.
التركيب البلوري لأكسيد الحديد النانوي هو سداسي، وتتغير معلمات الشبكة مع انخفاض حجم الجسيمات. عندما يكون حجم الجسيمات كبيرًا (عادةً أكبر من عشرات النانومترات)، يُظهر أكسيد الحديد شكل α نموذجي، ويكون هيكل Fe2O3، المعروف أيضًا باسم هيكل الهيماتيت، أحمر اللون. وذلك لأن بنية α- Fe2O3 النموذجية لها انعكاسية عالية للضوء المرئي، حيث تمتص الأطوال الموجية الأقصر (الأزرق والأخضر) في الضوء المرئي، وتترك فقط أطوال موجية حمراء أطول ملحوظة.
عندما يتناقص حجم الجسيمات إلى المقياس النانوي، يخضع أكسيد الحديد لتغييرات في معلمات الشبكة والتأثيرات السطحية، مما يؤدي إلى تغيرات في لونه. عندما يكون حجم الجسيم صغيرًا إلى حد معين (عادةً أقل من عشرات النانومترات)، يُظهر أكسيد الحديد مغناطيسية γ- هيكل Fe2O3، المعروف أيضًا باسم أكسيد الحديد المغناطيسي، أسود اللون. وذلك لأن بنية أكسيد الحديد المغناطيسي لها انعكاسية أقل للضوء المرئي، وتمتص الضوء المرئي بشكل أكبر، ولا تنتج انعكاسًا كبيرًا، مما يؤدي إلى اللون الأسود.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون للحالة السطحية لأكسيد الحديد النانوي أيضًا تأثير على اللون. يحتوي سطح المواد النانوية على مساحة سطحية محددة كبيرة وقابلة للتفاعل مع البيئة المحيطة. على سبيل المثال، عندما يكون هناك أكسيد أو طبقة تغطية عضوية على سطح أكسيد الحديد النانوي، قد يتغير لونها وقد تظهر مساحيق ملونة أخرى.
بشكل عام، يعتمد لون أكسيد الحديد النانوي على بنيته البلورية، وحجم جسيماته، وحالته السطحية. يقدم أكسيد الحديد ذو أحجام الجسيمات الأكبر لونًا أحمر نموذجيًا، بينما يقدم أكسيد الحديد ذو أحجام الجسيمات الأصغر لونًا أسود، وتؤثر حالة السطح أيضًا على اللون.
