Razlog zašto nano željezov oksid može imati različite boje uglavnom je povezan s njegovom kristalnom strukturom, veličinom čestica i stanjem površine.
Kristalna struktura nano željeznog oksida je heksagonalna, a parametri rešetke se mijenjaju sa smanjenjem veličine čestica. Kada je veličina čestica velika (obično veća od desetaka nanometara), željezni oksid pokazuje tipičnu α- Struktura Fe2O3, također poznata kao struktura hematita, crvene je boje. To je zato što tipična α- Fe2O3 struktura ima visoku refleksivnost za vidljivo svjetlo, apsorbirajući kraće valne duljine (plavo-zeleno) u vidljivom svjetlu, ostavljajući promatrane samo duže crvene valne duljine.
Kada se veličina čestica smanji na nanomjeru, željezov oksid prolazi kroz promjene u parametrima rešetke i površinskim učincima, što dovodi do promjena u njegovoj boji. Kada je veličina čestica mala do određene mjere (obično manje od desetaka nanometara), željezni oksid pokazuje magnetizam γ- Struktura Fe2O3, također poznata kao magnetski željezni oksid, crne je boje. To je zato što magnetska struktura željeznog oksida ima manju refleksiju vidljive svjetlosti, apsorbira više vidljive svjetlosti i ne proizvodi značajnu refleksiju, što rezultira crnom bojom.
Osim toga, površinsko stanje nano željeznog oksida također može utjecati na boju. Površina nanomaterijala ima veliku specifičnu površinu i sklona je interakciji s okolinom. Na primjer, kada se na površini nano željeznog oksida nalazi oksidni ili organski pokrovni sloj, njihova se boja može promijeniti i mogu se pojaviti prahovi drugih boja.
Općenito, boja nano željeznog oksida ovisi o njegovoj kristalnoj strukturi, veličini čestica i stanju površine. Željezov oksid s većim veličinama čestica ima tipičnu crvenu boju, dok željezov oksid s manjim veličinama čestica ima crnu boju, a površinsko stanje također utječe na boju.
