Trójtlenek bizmutu (Bi₂O₃) występuje w czterech postaciach krystalicznych: , , i δ. Postać jest najbardziej stabilna w temperaturze pokojowej i wykazuje żółty jednoskośny układ kryształów. Gdy temperatura wzrośnie do 729 stopni, przekształca się w formę δ, która ma sześcienną strukturę fluorytu i wykazuje doskonałe przewodnictwo jonów tlenu.
Z punktu widzenia struktury kryształu polikrystaliczny charakter trójtlenku bizmutu determinuje jego właściwości fizyczne i elektrochemiczne w różnych warunkach temperaturowych:
-Bi₂O₃ (faza stabilna w niskiej-temperaturze)
Typ struktury: System jednoskośny, najbardziej stabilna forma w temperaturze pokojowej.
Charakterystyka fizyczna: Występuje w postaci bladożółtego do brązowawego-żółtego proszku lub kryształów, o gęstości względnej około 8,9 i temperaturze topnienia około 825 stopni.
Przewodność elektryczna: Jony tlenu mają niską przewodność elektryczną, ale są powszechnie stosowane jako podstawowy dodatek w ceramice elektronicznej.
-Bi₂O₃ (faza metastabilna-wysokotemperaturowa)
Typ struktury: Tetragonalny układ kryształów, zwykle tworzy się wokół 650 stopni.
Wygląd: Kryształy jasnożółte do pomarańczowych, gęstość względna 8,55, temperatura topnienia około 860 stopnia.
Stabilność: pozostaje metastabilny po ochłodzeniu, ale łatwo przechodzi w fazę podczas-długiego przechowywania.
-Bi₂O₃ (faza metastabilna-wysokotemperaturowa)
Typ struktury: siatka sześcienna-centrowana na ciele, utworzona pod kątem około 639 stopni.
Warunki wystąpienia: Powstaje podczas procesu chłodzenia fazy δ; stosunkowo rzadkie i mało zbadane.
δ-Bi₂O₃ (faza-stabilna w wysokiej temperaturze)
Typ struktury: Struktura mineralna fluorytu sześciennego skupiona- na powierzchni, stabilna w temperaturze powyżej 729 stopni, topiąca się w temperaturze 824 stopni.
Charakterystyka rdzenia: Około 1/4 miejsc jonów tlenu w sieci krystalicznej jest pusta, co skutkuje niezwykle wysoką przewodnością jonów tlenu (do 1 S/cm), co czyni go gorącym punktem badawczym w zakresie materiałów elektrolitowych-w stanie stałym.
Zastosowania: Nadaje się do urządzeń energetycznych, takich jak ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem (SOFC) i czujniki tlenu.
