Bismut(III) oxide

α-fáze vykazuje p-typ elektronické vodivost (poplatek je nesena pozitivní otvory), na teplotě místnosti, které transformuje na n-typ vodivosti (náboj je přenášen elektrony) mezi 550 °C a 650 °C, v závislosti na kyslíku parciální tlak.Vodivost ve fázích β, γ a δ je převážně iontová, přičemž hlavním nosičem náboje jsou ionty oxidu. Z těchto δ-Bi2O3 má nejvyšší hlášenou vodivost. Na 750 °C vodivost δ – Bi2O3 je obvykle o 1 Scm−1, o tři řády větší než střední fází a čtyř řádů větší než monoclinic fáze. δ-Bi2O3 má defektní krystalovou strukturu fluoritového typu, ve které jsou dvě z osmi míst kyslíku v jednotkové buňce prázdná. Tato vnitřní volná místa jsou vysoce mobilní díky vysoké polarizovatelnosti kationtové sub-mřížky s elektrony 6S2 osamělého páru Bi3+. Bi – o vazby mají kovalentní vazební charakter a jsou proto slabší než čistě iontové vazby, takže ionty kyslíku mohou volně skákat do volných míst.

uspořádání atomů kyslíku v jednotkové buňce δ-Bi2O3 bylo v minulosti předmětem mnoha debat. Byly navrženy tři různé modely. Sillén (1937) používá prášek X-ray difrakce na rozloží vzorky a uvádí strukturu Bi2O3 bylo jednoduché kubické fáze s kyslíkem volných pracovních míst objednal spolu<111>, tj. podél krychle tělo diagonální. Gattow a Schroder (1962) tento model odmítli a raději popsali každé místo kyslíku (místo 8c) v jednotkové buňce jako 75% obsazenost. Jinými slovy, šest atomů kyslíku je náhodně rozloženo na osm možných míst kyslíku v jednotkové buňce. V současné době, většina odborníků se zdá, pro ten popis jako zcela neuspořádané kyslíku sub-mřížky účty pro vysokou vodivost v lepším způsobem.

Willis (1965) použil neutronovou difrakci ke studiu fluoritového (CaF2) systému. On odhodlán, že to nemůže být popsán ideální fluorit krystalové struktury, spíše, atomy fluoru byly přemístěny z pravidelných 8c pozice vůči center intersticiální pozice. Shuk et al. (1996) a Sammes et al. (1999) naznačují, že vzhledem k vysokému stupni poruchy v δ-Bi2O3 by Willisův model mohl být také použit k popisu jeho struktury.

použití v palivových článcích s pevným oxidem (SOFCs)Edit

zájem se soustředil na δ-Bi2O3, protože je to hlavně iontový vodič. Kromě elektrických vlastností jsou při zvažování možných aplikací pevných elektrolytů velmi důležité vlastnosti tepelné roztažnosti. Vysoké koeficienty tepelné roztažnosti představují velké rozměrové odchylky při zahřívání a chlazení, což by omezilo výkon elektrolytu. Přechod z vysokoteplotní δ-Bi2O3 na meziprodukt β-Bi2O3 je doprovázen velkou změnou objemu a následně zhoršením mechanických vlastností materiálu. To v kombinaci s velmi úzkým rozsahem stability δ-fáze (727-824 °C) vedlo ke studiu její stabilizace na pokojovou teplotu.

Bi2O3 snadno vytváří pevné roztoky s mnoha dalšími oxidy kovů. Tyto dopované systémy vykazují komplexní škálu struktur a vlastností závisí na druhu příměsi, příměsi, koncentrace a tepelné historii vzorku. Nejrozšířenějšími systémy jsou systémy zahrnující oxidy kovů vzácných zemin, Ln2O3, včetně yttrie, Y2O3. Kationty kovů vzácných zemin jsou obecně velmi stabilní, mají podobné chemické vlastnosti a mají podobnou velikost jako Bi3+, který má poloměr 1,03 Å, což z nich činí všechny vynikající příměsi. Navíc, jejich iontové poloměry snížit poměrně rovnoměrně od La3+ (1.032 Å), a to prostřednictvím Nd3+, (0.983 Å), Gd3+, (0.938 Å), Dy3+, (0.912 Å) a Pohotovost 3+, (0.89 Å), k Lu3+, (0.861 Å) (známý jako ‚lanthanide kontrakce‘), což je užitečné pro studium vlivu příměsi velikost na stabilitu Bi2O3 fází.

Bi2O3 byl také použit jako slinovací přísada v systému zirkonia dopovaného sc2o3 pro střední teplotu SOFC.