Il triossido di bismuto (Bi₂O₃) esiste in quattro forme cristalline: , , , e δ. La forma è la più stabile a temperatura ambiente, esibendo un sistema cristallino monoclino giallo. Quando la temperatura sale a 729 gradi, si trasforma nella forma δ, che ha una struttura cubica di fluorite e mostra un'eccellente conduttività degli ioni di ossigeno.
Dal punto di vista della struttura cristallina, la natura policristallina del triossido di bismuto determina le sue proprietà fisiche ed elettrochimiche in diverse condizioni di temperatura:
-Bi₂O₃ (fase-stabile a bassa temperatura)
Tipo di struttura: sistema monoclino, la forma più stabile a temperatura ambiente.
Caratteristiche fisiche: si presenta come polvere o cristalli dal giallo pallido al giallo brunastro-, con una densità relativa di circa 8,9 e un punto di fusione di circa 825 gradi.
Conduttività elettrica: gli ioni di ossigeno hanno una bassa conduttività elettrica, ma sono ampiamente utilizzati come additivo di base nella ceramica elettronica.
-Bi₂O₃ (fase-metastabile ad alta temperatura)
Tipo di struttura: sistema cristallino tetragonale, tipicamente si forma intorno a 650 gradi.
Aspetto: cristalli dal giallo brillante all'arancione, densità relativa 8,55, punto di fusione di circa 860 gradi.
Stabilità: rimane metastabile dopo il raffreddamento, ma si trasforma facilmente nella fase durante l'archiviazione a lungo-termine.
-Bi₂O₃ (fase-metastabile ad alta temperatura)
Tipo di struttura: reticolo cubico centrato sul corpo, formato a circa 639 gradi.
Condizioni di occorrenza: formato durante il processo di raffreddamento della fase δ; relativamente raro e poco studiato.
δ-Bi₂O₃ (fase-stabile ad alta temperatura)
Tipo di struttura: struttura minerale di fluorite cubica centrata sulla faccia, stabile sopra i 729 gradi, fusione a 824 gradi.
Caratteristiche principali: circa 1/4 dei siti degli ioni di ossigeno nel reticolo cristallino sono vacanti, il che si traduce in una conduttività degli ioni di ossigeno estremamente elevata (fino a 1 S/cm), che lo rende un punto caldo per la ricerca sui materiali elettrolitici a stato solido.
Applicazioni: adatto per dispositivi energetici come celle a combustibile a ossido solido (SOFC) e sensori di ossigeno.
