Bismuth (III) oksid

den primære fase udviser p-type elektronisk ledningsevne (ladningen bæres af positive huller) ved stuetemperatur, som omdannes til N-type ledningsevne (ladning bæres af elektroner) mellem 550 liter C og 650 liter C, afhængigt af iltpartialtrykket.Ledningsevnen i de vigtigste faser er overvejende ionisk, idet ilte-ioner er hovedladningsbæreren. Af disse har Kris-Bi2O3 den højeste rapporterede ledningsevne. Ved 750 kr. C er konduktiviteten af kr. – Bi2O3 typisk ca.1 Scm−1, ca. tre størrelsesordener større end mellemfaserne og fire ordrer større end den monokliniske fase. krit-Bi2O3 har en defekt fluorit-type krystalstruktur, hvor to af de otte iltsteder i enhedscellen er ledige. Disse iboende ledige stillinger er meget mobile på grund af den høje polariserbarhed af kation-undergitteret med de 6S2 ensomme parelektroner af Bi3+. Bi – o-bindingerne har kovalent bindingskarakter og er derfor svagere end rent ioniske bindinger, så iltioner kan hoppe ind i ledige stillinger mere frit.

arrangementet af iltatomer inden for enhedscellen i Kris-Bi2O3 har været genstand for meget debat i fortiden. Der er foreslået tre forskellige modeller. Sill larsn (1937) brugte pulverrøntendiffraktion på slukkede prøver og rapporterede, at strukturen af Bi2O3 var en simpel kubisk fase med ilt ledige stillinger bestilt langs<111>, dvs.langs kubens kropsdiagonal. Gattov og Schroder (1962) afviste denne model og foretrak at beskrive hvert iltsted (8c-sted) i enhedscellen som havende 75% belægning. Med andre ord fordeles de seks iltatomer tilfældigt over de otte mulige iltsteder i enhedscellen. I øjeblikket synes de fleste eksperter at favorisere sidstnævnte beskrivelse, da et fuldstændigt uordnet iltundergitter tegner sig for den høje ledningsevne på en bedre måde.

Vilis (1965) brugte neutrondiffraktion til at studere fluorit (CaF2) – systemet. Han fastslog, at det ikke kunne beskrives ved den ideelle fluoritkrystallstruktur, snarere blev fluoratomerne forskudt fra regelmæssige 8C-positioner mod centrene for de interstitielle positioner. Shuk et al. (1996) og Sammes et al. (1999) tyder på, at på grund af den høje grad af lidelse i Kurt – Bi2O3, kunne modellen også bruges til at beskrive dens struktur.

anvendelse i brændselsceller (Sofc ‘ er)Edit

interessen har centreret sig om Karr – Bi2O3, da den hovedsagelig er en ionisk leder. Ud over elektriske egenskaber er termiske ekspansionsegenskaber meget vigtige, når man overvejer mulige anvendelser til faste elektrolytter. Høje termiske ekspansionskoefficienter repræsenterer store dimensionelle variationer under opvarmning og afkøling, hvilket ville begrænse ydeevnen for en elektrolyt. Overgangen fra den høje temperatur – LARP – Bi2O3 til den mellemliggende LARP-Bi2O3 ledsages af en stor volumenændring og følgelig en forringelse af materialets mekaniske egenskaber. Dette, kombineret med det meget snævre stabilitetsområde for kur-fasen (727-824 kur C), har ført til undersøgelser af dets stabilisering til stuetemperatur.

Bi2O3 danner nemt faste opløsninger med mange andre metaloksider. Disse dopede systemer udviser et komplekst udvalg af strukturer og egenskaber afhængigt af typen af doperingsmiddel, dopingkoncentrationen og prøveens termiske historie. De mest undersøgte systemer er dem, der involverer sjældne jordarters metaloksider, Ln2O3, herunder yttria, Y2O3. Sjældne jordarters metalkationer er generelt meget stabile, har lignende kemiske egenskaber som hinanden og har samme størrelse som Bi3+, som har en radius på 1,03 liter, hvilket gør dem alle fremragende dopingmidler. Endvidere, deres ioniske radier fald nogenlunde ensartet fra La3+ (1.032 Å), gennem Nd3+, (0.983 Å), Gd3+, (0.938 Å), Dy3+, (0.912 Å) og Er3+, (0.89 Å), at Lu3+, (0.861 Å) (også kendt som ‘lanthanid sammentrækning’), hvilket gør dem anvendelige til at undersøge effekten af dopant størrelsen på stabiliteten af det Bi2O3 faser.

Bi2O3 er også blevet anvendt som sintringsadditiv i det Sc2O3 – doterede system til SOFC mellemtemperatur.