Il motivo per cui il nano ossido di ferro può presentare colori diversi è principalmente legato alla sua struttura cristallina, alla dimensione delle particelle e allo stato superficiale.
La struttura cristallina del nano ossido di ferro è esagonale e i parametri del reticolo cambiano con la diminuzione della dimensione delle particelle. Quando la dimensione delle particelle è grande (solitamente maggiore di decine di nanometri), l'ossido di ferro presenta una tipica struttura α-. La struttura Fe2O3, nota anche come struttura ematite, è di colore rosso. Questo perché la tipica struttura α- Fe2O3 ha un'elevata riflettività per la luce visibile, assorbendo lunghezze d'onda più corte (blu-verde) nella luce visibile, lasciando osservate solo lunghezze d'onda rosse più lunghe.
Quando la dimensione delle particelle diminuisce fino a raggiungere la nanoscala, l'ossido di ferro subisce cambiamenti nei parametri reticolari e negli effetti superficiali, portando a cambiamenti nel suo colore. Quando la dimensione delle particelle è piccola in una certa misura (di solito inferiore a decine di nanometri), l'ossido di ferro mostra un magnetismo γ-. La struttura Fe2O3, nota anche come ossido di ferro magnetico, è di colore nero. Questo perché la struttura magnetica dell'ossido di ferro ha una riflettività inferiore per la luce visibile, assorbe più luce visibile e non produce una riflessione significativa, risultando in un colore nero.
Inoltre, anche lo stato superficiale del nano ossido di ferro può avere un impatto sul colore. La superficie dei nanomateriali ha un'ampia area superficiale specifica ed è incline a interagire con l'ambiente circostante. Ad esempio, quando sulla superficie del nano ossido di ferro è presente uno strato di ossido o rivestimento organico, il loro colore potrebbe cambiare e potrebbero apparire altre polveri colorate.
Nel complesso, il colore del nano ossido di ferro dipende dalla sua struttura cristallina, dalla dimensione delle particelle e dallo stato superficiale. L'ossido di ferro con particelle di dimensioni maggiori presenta un tipico colore rosso, mentre l'ossido di ferro con dimensioni delle particelle più piccole presenta un colore nero e anche lo stato superficiale influisce sul colore.
