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图1.1 α-Fe2O3的结构
α-Fe2O3的阴离子为751方密堆结构，单位晶胞的尺寸为：a=0.5034nm，c=1.3749nm，每个单位晶胞中包含着751个Fe2O3。同一面上的八面体及其相邻的三个八面体共用边和一个面，共用面造成了阳离子亚晶格的变形[1]。其结构示意图见1.2。每个金属原子周围必须有八个相邻的氧原子，这是具备铁磁性的一个重要元素。但是α-Fe2O3无法满足这些条件，因此α-Fe2O3不具备磁性质。但是γ-Fe2O3与之截然不同，其具有磁性。但是在加热至650℃时，发生转变，磁性γ-Fe2O3转化成为了α-Fe2O3，而α-Fe2O3是没有磁性的。此时，原子核外的电子层因发生改变而引起磁性消失，但其晶格结构一直保持着不变。
图1.2 α-Fe2O3的结构
一般情况下，γ-Fe2O3处于亚稳态，而我们常见的形状为针状或纺锤状；α-Fe2O3则与γ-Fe2O3近似，是呈现出球形或纺锤形。并且，γ-Fe2O3中的Fe3+在八面体空隙中占了一半，其中的O2+也呈现出fcc（面心立方）密堆积。同样的，α-Fe2O3中Fe3+八面体空隙中占了全部的2/3，O2+则跟γ-Fe2O3中的O不同，呈现出的是hcp(751角密排)密堆积。其中还有一种介于α-Fe2O3和γ-Fe2O3之间的立方晶系，其晶体呈现出的是n型半导体结构[2]。结构图如图1.3。
图1.3 立方晶系氧化铁晶体结构图
1.1.2颜料氧化铁红的性质
颜料氧化铁红的相对密度为5.24g/cm3，粒径大小的范围在0.5-2.0um之间，熔、沸点各为1565℃和3414℃，经研究发现，其没有毒性，但却不溶于水，溶解于酸，这是其优点也是缺点[3]。由于制备途径的不同而产生不同的粒子大小和不同形状，颜色也各不相同，有红黄色、浅红色、桔红色、紫红色等，色泽变动于橙光到蓝光至紫光之间。氧化铁红有很强的耐光性、耐大气影响能力高，所以暴露在大气和日光中时也能较为稳定。其还有很多优势，如耐高温、耐碱、无渗水渗油等，并且在遮盖力和着色力方面也有着一定优势[3]，所以在很多行业中被广泛应用。
(1）光学性能
颜料的所有性能中，最具特色，尤其是在着色颜料中尤为突出的，就是颜色这一点性质。就其本质而言，颜料的颜色与化学组成有着无法分割的关系，即不同的化学组成对应的就是不同的颜色[4]。可能我们无法用肉眼去观察区分相近的颜色，但实际上，不同化学组成对应其特定的不同颜色。所以，如果在一定的范围内的，化学组成有着不同的、细微的变动，那么其特有的颜色也会是不同的。同理，因为影响因素众多的原因，所以其即使化学组成相同，但其晶体结构、粒子大小、粒子大小分布、杂质含量等等方面的也会存在着不同差别，而这些，最终造成色光的差别。虽然我们可能无法判断相近颜色的细微差别，但不可否认，人的肉眼对即使是细微差别的颜色，也有着极其敏感的视觉，而这，也导致了颜色对上述因素的敏感性。综上，对颜料色光控制不可能做到绝对一致，一定会存在细微的差异。
颜料最终对与光线散射和吸收的结果，是颜料遮盖力强弱的最有力说明。以颜料而言，不同的结果的原因在于对光线的吸收能力的差异：白色为散射能力较强，彩色颜料较强的则是吸收能力，其中黑色颜料的吸收能力最强。研究表明，颜料粒径大小的改变会导致颜料遮盖力的强弱，并且通过实验研究，发现了其最佳粒度，而其最佳粒度则体现的就是实验中样品的最佳遮盖力。着色力的强弱由颜料化学的组成决定，所以在遇上两者相似色调时，有机颜料会比无机颜料在着色力方面更强。而同种颜料的着色能力则取决于粒径的大小、形状和粒度分布等小颗粒的因素，并且着色力越强，说明颜料分散性就越好[5]。