Bismuth trioxide (Bi₂O₃) tồn tại ở bốn dạng tinh thể: , , và δ. Dạng này ổn định nhất ở nhiệt độ phòng, thể hiện hệ tinh thể đơn tà màu vàng. Khi nhiệt độ tăng lên 729 độ, nó chuyển sang dạng δ, có cấu trúc fluorit lập phương và thể hiện tính dẫn ion oxy tuyệt vời.
Từ góc độ cấu trúc tinh thể, bản chất đa tinh thể của bismuth trioxide xác định các tính chất vật lý và điện hóa của nó trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau:
-Bi₂O₃ (Giai đoạn ổn định nhiệt độ-thấp)
Loại cấu trúc: Hệ thống đơn nghiêng, dạng ổn định nhất ở nhiệt độ phòng.
Đặc điểm vật lý: Xuất hiện dưới dạng bột hoặc tinh thể màu vàng nhạt đến vàng nâu, có mật độ tương đối khoảng 8,9 và nhiệt độ nóng chảy khoảng 825 độ .
Độ dẫn điện: Các ion oxy có độ dẫn điện thấp, nhưng nó được sử dụng rộng rãi như một chất phụ gia cơ bản trong gốm điện tử.
-Bi₂O₃ (Giai đoạn siêu ổn định ở nhiệt độ-cao)
Loại cấu trúc: Hệ tinh thể tứ giác, thường hình thành khoảng 650 độ.
Ngoại hình: Tinh thể màu vàng sáng đến màu cam, mật độ tương đối 8,55, điểm nóng chảy khoảng 860 độ.
Tính ổn định: Vẫn có tính di động khi làm mát nhưng dễ dàng chuyển sang pha trong quá trình lưu trữ dài hạn.
-Bi₂O₃ (Giai đoạn siêu ổn định ở nhiệt độ-cao)
Loại cấu trúc: Thân-mạng lập phương ở giữa, được hình thành ở góc khoảng 639 độ .
Điều kiện xảy ra: Được hình thành trong quá trình làm nguội pha δ; tương đối hiếm và ít được nghiên cứu.
δ-Bi₂O₃ (Giai đoạn ổn định nhiệt độ cao-)
Loại cấu trúc: Cấu trúc khoáng vật fluorit lập phương tập trung vào-mặt, ổn định trên 729 độ, nóng chảy ở 824 độ.
Đặc điểm cốt lõi: Khoảng 1/4 vị trí ion oxy trong mạng tinh thể bị trống, dẫn đến độ dẫn ion oxy cực cao (lên tới 1 S/cm), khiến nó trở thành điểm nóng nghiên cứu về vật liệu điện phân ở trạng thái rắn.
Ứng dụng: Thích hợp cho các thiết bị năng lượng như pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) và cảm biến oxy.
