Bismuttrioxide (Bi₂O₃) bestaat in vier kristalvormen: , , , en δ. De vorm is het meest stabiel bij kamertemperatuur en vertoont een geel monoklien kristalsysteem. Wanneer de temperatuur stijgt tot 729 graden, verandert deze in de δ-vorm, die een kubieke fluorietstructuur heeft en een uitstekende geleidbaarheid van zuurstofionen vertoont.
Vanuit een kristalstructuurperspectief bepaalt de polykristallijne aard van bismuttrioxide de fysische en elektrochemische eigenschappen ervan onder verschillende temperatuuromstandigheden:
-Bi₂O₃ (lage- stabiele temperatuurfase)
Structuurtype: Monoklien systeem, de meest stabiele vorm bij kamertemperatuur.
Fysieke eigenschappen: Verschijnt als een lichtgeel tot bruinachtig-geel poeder of kristallen, met een relatieve dichtheid van ongeveer 8,9 en een smeltpunt van ongeveer 825 graden.
Elektrische geleidbaarheid: Zuurstofionen hebben een lage elektrische geleidbaarheid, maar worden veel gebruikt als basisadditief in elektronische keramiek.
-Bi₂O₃ (metastabiele fase bij hoge- temperatuur)
Structuurtype: Tetragonaal kristalsysteem, vormt meestal rond de 650 graden.
Uiterlijk: heldergele tot oranje kristallen, relatieve dichtheid 8,55, smeltpunt ongeveer 860 graad.
Stabiliteit: blijft metastabiel bij afkoeling, maar gaat gemakkelijk over in de fase bij langdurige opslag-.
-Bi₂O₃ (metastabiele fase bij hoge- temperatuur)
Structuurtype: Lichaam-gecentreerd kubisch rooster, gevormd op ongeveer 639 graden.
Voorvalsomstandigheden: Gevormd tijdens het koelproces van de δ-fase; relatief zeldzaam en weinig bestudeerd.
δ-Bi₂O₃ (hoge- stabiele fase bij temperatuur)
Structuurtype: Gezicht-gecentreerde kubieke fluorietmineraalstructuur, stabiel boven 729 graden, smeltend bij 824 graden.
Kernkenmerken: Ongeveer een kwart van de zuurstofionenplaatsen in het kristalrooster is leeg, wat resulteert in een extreem hoge zuurstofionengeleiding (tot 1 S/cm), waardoor het een onderzoekshotspot is in vaste- elektrolytmaterialen.
Toepassingen: Geschikt voor energieapparaten zoals vaste-oxidebrandstofcellen (SOFC's) en zuurstofsensoren.
