Причина, по которой нанооксид железа может иметь разные цвета, в основном связана с его кристаллической структурой, размером частиц и состоянием поверхности.
Кристаллическая структура нанооксида железа гексагональная, параметры решетки изменяются с уменьшением размера частиц. Когда размер частиц велик (обычно больше десятков нанометров), оксид железа демонстрирует типичную α-структуру Fe2O3, также известную как структура гематита, красного цвета. Это связано с тем, что типичная α-структура Fe2O3 имеет высокую отражательную способность для видимого света, поглощая более короткие волны (сине-зеленые) видимого света, оставляя наблюдаемыми только более длинные волны красного цвета.
Когда размер частиц уменьшается до наномасштаба, оксид железа претерпевает изменения в параметрах решетки и поверхностных эффектах, что приводит к изменению его цвета. Когда размер частиц в определенной степени мал (обычно менее десятков нанометров), оксид железа проявляет магнетизм γ. Структура Fe2O3, также известная как магнитный оксид железа, имеет черный цвет. Это связано с тем, что структура магнитного оксида железа имеет более низкую отражательную способность для видимого света, поглощает больше видимого света и не дает значительного отражения, что приводит к черному цвету.
Кроме того, состояние поверхности нанооксида железа также может влиять на цвет. Поверхность наноматериалов имеет большую удельную поверхность и склонна к взаимодействию с окружающей средой. Например, при наличии на поверхности нанооксида железа оксидного или органического покровного слоя их цвет может измениться и могут появиться порошки другого цвета.
В целом цвет нанооксида железа зависит от его кристаллической структуры, размера частиц и состояния поверхности. Оксид железа с частицами большего размера имеет типичный красный цвет, тогда как оксид железа с частицами меньшего размера имеет черный цвет, причем состояние поверхности также влияет на цвет.
