Bismuthtrioxid (Bi₂O₃) findes i fire krystalformer: , , , og δ. Formen er den mest stabile ved stuetemperatur og udviser et gult monoklint krystalsystem. Når temperaturen stiger til 729 grader, omdannes den til δ-formen, som har en kubisk fluoritstruktur og udviser fremragende oxygenionledningsevne.
Fra et krystalstrukturperspektiv bestemmer den polykrystallinske natur af bismuthtrioxid dets fysiske og elektrokemiske egenskaber under forskellige temperaturforhold:
-Bi₂O₃ (lav-temperaturstabil fase)
Strukturtype: Monoklinisk system, den mest stabile form ved stuetemperatur.
Fysiske egenskaber: Fremstår som et bleggult til brunligt-gult pulver eller krystaller med en relativ massefylde på ca. 8,9 og et smeltepunkt på ca. 825 grader.
Elektrisk ledningsevne: Oxygenioner har lav elektrisk ledningsevne, men det er meget udbredt som et grundlæggende additiv i elektronisk keramik.
-Bi₂O₃ (høj-metastabil fase med høj temperatur)
Strukturtype: Tetragonalt krystalsystem, danner typisk omkring 650 grader.
Udseende: Klargule til orange krystaller, relativ massefylde 8,55, smeltepunkt ca. 860 grad.
Stabilitet: Forbliver metastabil ved afkøling, men omdannes let til fasen over lang-lagring.
-Bi₂O₃ (høj-metastabil fase med høj temperatur)
Strukturtype: Krop-centreret kubisk gitter, dannet ved ca. 639 grader.
Forekomstbetingelser: Dannes under afkølingsprocessen af δ-fasen; relativt sjældne og lidt undersøgt.
δ-Bi₂O₃ (Høj-Temperatur stabil fase)
Strukturtype: Ansigts-centreret kubisk fluoritmineralstruktur, stabil over 729 grader, smelter ved 824 grader.
Kerneegenskaber: Cirka 1/4 af oxygenionstederne i krystalgitteret er ledige, hvilket resulterer i ekstrem høj oxygenionledningsevne (op til 1 S/cm), hvilket gør det til et forskningshotspot i fast-elektrolytmaterialer.
Anvendelser: Velegnet til energienheder såsom fastoxidbrændselsceller (SOFC'er) og iltsensorer.
