Der Grund, warum Nano-Eisenoxid unterschiedliche Farben aufweisen kann, hängt hauptsächlich mit seiner Kristallstruktur, Partikelgröße und Oberflächenbeschaffenheit zusammen.
Die Kristallstruktur von Nano-Eisenoxid ist hexagonal und die Gitterparameter ändern sich mit abnehmender Partikelgröße. Wenn die Partikelgröße groß ist (normalerweise größer als einige zehn Nanometer), weist Eisenoxid eine typische α-Struktur auf. Die Fe2O3-Struktur, auch Hämatitstruktur genannt, ist rot gefärbt. Dies liegt daran, dass die typische α-Fe2O3-Struktur ein hohes Reflexionsvermögen für sichtbares Licht aufweist und kürzere Wellenlängen (blaugrün) im sichtbaren Licht absorbiert, sodass nur längere rote Wellenlängen beobachtet werden.
Wenn die Partikelgröße auf die Nanoskala abnimmt, erfährt Eisenoxid Veränderungen der Gitterparameter und Oberflächeneffekte, was zu Veränderungen seiner Farbe führt. Wenn die Partikelgröße bis zu einem gewissen Grad klein ist (normalerweise weniger als einige zehn Nanometer), weist Eisenoxid Magnetismus γ auf. Die Fe2O3-Struktur, auch als magnetisches Eisenoxid bekannt, hat eine schwarze Farbe. Dies liegt daran, dass die magnetische Eisenoxidstruktur ein geringeres Reflexionsvermögen für sichtbares Licht aufweist, mehr sichtbares Licht absorbiert und keine nennenswerte Reflexion erzeugt, was zu einer schwarzen Farbe führt.
Darüber hinaus kann auch der Oberflächenzustand von Nano-Eisenoxid einen Einfluss auf die Farbe haben. Die Oberfläche von Nanomaterialien hat eine große spezifische Oberfläche und ist anfällig für Wechselwirkungen mit der Umgebung. Wenn sich beispielsweise eine Oxid- oder organische Deckschicht auf der Oberfläche von Nano-Eisenoxid befindet, kann sich deren Farbe ändern und es können andere farbige Pulver auftreten.
Insgesamt hängt die Farbe von Nano-Eisenoxid von seiner Kristallstruktur, Partikelgröße und dem Oberflächenzustand ab. Eisenoxid mit größeren Partikelgrößen weist eine typische rote Farbe auf, während Eisenoxid mit kleineren Partikelgrößen eine schwarze Farbe aufweist, und auch der Oberflächenzustand beeinflusst die Farbe.
