Το τριοξείδιο του βισμούθου (Bi2O3) υπάρχει σε τέσσερις κρυσταλλικές μορφές: , , , και δ. Η μορφή είναι η πιο σταθερή σε θερμοκρασία δωματίου, εμφανίζοντας ένα κίτρινο μονοκλινικό κρυσταλλικό σύστημα. Όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει στους 729 βαθμούς, μετατρέπεται στη μορφή δ, η οποία έχει κυβική δομή φθορίτη και παρουσιάζει εξαιρετική αγωγιμότητα ιόντων οξυγόνου.
Από την άποψη της κρυσταλλικής δομής, η πολυκρυσταλλική φύση του τριοξειδίου του βισμούθιου καθορίζει τις φυσικές και ηλεκτροχημικές του ιδιότητες κάτω από διαφορετικές συνθήκες θερμοκρασίας:
-Bi₂O3 (Χαμηλή-Σταθερή Φάση Θερμοκρασίας)
Τύπος δομής: Μονοκλινικό σύστημα, η πιο σταθερή μορφή σε θερμοκρασία δωματίου.
Φυσικά χαρακτηριστικά: Εμφανίζεται ως ωχροκίτρινη έως καφέ-κίτρινη σκόνη ή κρύσταλλοι, με σχετική πυκνότητα περίπου 8,9 και σημείο τήξης περίπου 825 βαθμούς .
Ηλεκτρική αγωγιμότητα: Τα ιόντα οξυγόνου έχουν χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, αλλά χρησιμοποιείται ευρέως ως βασικό πρόσθετο στα ηλεκτρονικά κεραμικά.
-Bi₂O3 (Υψηλή-Μετασταθερή φάση θερμοκρασίας)
Τύπος δομής: Τετραγωνικό κρυσταλλικό σύστημα, συνήθως σχηματίζεται περίπου 650 μοίρες.
Εμφάνιση: έντονο κίτρινο έως πορτοκαλί κρύσταλλοι, σχετική πυκνότητα 8,55, σημείο τήξης περίπου 860 βαθμός .
Σταθερότητα: Παραμένει μετασταθερό κατά την ψύξη, αλλά μετατρέπεται εύκολα στη φάση με-μακροπρόθεσμη αποθήκευση.
-Bi₂O3 (Υψηλή-Μετασταθερή φάση θερμοκρασίας)
Τύπος δομής: Σώμα-κεντρικό κυβικό πλέγμα, σχηματισμένο σε περίπου 639 μοίρες .
Συνθήκες Εμφάνισης: Σχηματίζεται κατά τη διαδικασία ψύξης της φάσης δ. σχετικά σπάνιο και ελάχιστα μελετημένο.
δ-Bi2O3 (Υψηλή-Σταθερή Φάση Θερμοκρασίας)
Τύπος δομής: Επίπεδη-κεντρική δομή κυβικού ορυκτού φθορίτη, σταθερή πάνω από 729 μοίρες, τήξη στους 824 βαθμούς .
Βασικά χαρακτηριστικά: Περίπου το 1/4 των θέσεων ιόντων οξυγόνου στο κρυσταλλικό πλέγμα είναι κενές, με αποτέλεσμα την εξαιρετικά υψηλή αγωγιμότητα ιόντων οξυγόνου (έως 1 S/cm), καθιστώντας το hotspot έρευνας σε υλικά ηλεκτρολυτών στερεάς-κατάστασης.
Εφαρμογές: Κατάλληλο για ενεργειακές συσκευές όπως κυψέλες καυσίμου στερεού οξειδίου (SOFC) και αισθητήρες οξυγόνου.
