Bismut (III) oxide
De α-fase vertoont elektronische geleidbaarheid van het p-type (de lading wordt door positieve gaten gedragen) bij kamertemperatuur, die wordt omgezet in geleidbaarheid van het n-type (lading wordt door elektronen gedragen) tussen 550 °C en 650 °C, afhankelijk van de partiële zuurstofdruk.De geleidbaarheid in de β -, γ-En δ-fasen is voornamelijk ionisch, waarbij oxide-ionen de belangrijkste ladingsdrager zijn. Van deze δ – Bi2O3 heeft de hoogste gerapporteerde geleidbaarheid. Bij 750 °C is de geleidbaarheid van δ – Bi2O3 typisch ongeveer 1 Scm-1, ongeveer drie ordes van grootte groter dan de tussenliggende fasen en vier ordes groter dan de monoclinische fase. δ-Bi2O3 heeft een defecte kristalstructuur van het fluoriettype waarin twee van de acht zuurstofplaatsen in de eenheidscel leeg zijn. Deze intrinsieke vacatures zijn zeer mobiel door de hoge polariseerbaarheid van het kationsubrooster met de 6S2 eenzame paarelektronen van Bi3+. De Bi-O-bindingen hebben een covalent bindingskarakter en zijn daarom zwakker dan zuiver ionische bindingen, zodat de zuurstofionen vrijer in vacatures kunnen springen.
de indeling van zuurstofatomen binnen de eenheidscel van δ-Bi2O3 is in het verleden onderwerp geweest van veel discussie. Er zijn drie verschillende modellen voorgesteld. Sillén (1937) gebruikte röntgendiffractie in poedervorm op gedoofde monsters en rapporteerde dat de structuur van Bi2O3 een eenvoudige kubieke fase was met zuurstofvacatures geordend langs<111>, d.w.z. langs de diagonaal van het kubuslichaam. Gattow en Schroder (1962) verwierpen dit model en gaven er de voorkeur aan om elke zuurstoflocatie (8C-locatie) in de eenheidscel te beschrijven als een bewoning van 75%. Met andere woorden, de zes zuurstofatomen zijn willekeurig verdeeld over de acht mogelijke zuurstofplaatsen in de eenheidscel. Momenteel lijken de meeste deskundigen de voorkeur te geven aan de laatste beschrijving, omdat een volledig ongeordend zuurstof subrooster de hoge geleidbaarheid op een betere manier verklaart.Willis (1965) gebruikte neutronendiffractie om het fluoriet (CaF2) systeem te bestuderen. Hij stelde vast dat het niet beschreven kon worden door de ideale fluoriet kristalstructuur, maar dat de fluoratomen verplaatst werden van regelmatige 8c posities naar de centra van de interstitiële posities. Shuk et al. (1996) en Sammes et al. (1999) suggereren dat vanwege de hoge graad van wanorde in δ – Bi2O3, het Willis-model ook kan worden gebruikt om zijn structuur te beschrijven.
Use in Solid-oxide fuel cells (SOFC ‘ s) [bewerken]
het belang is gecentreerd op δ – Bi2O3 omdat het hoofdzakelijk een ionische geleider is. Naast elektrische eigenschappen, thermische uitzettingseigenschappen zijn zeer belangrijk bij het overwegen van mogelijke toepassingen voor vaste elektrolyten. Hoge thermische uitzettingscoëfficiënten vertegenwoordigen grote dimensionale variaties onder verwarming en koeling, die de prestaties van een elektrolyt zou beperken. De overgang van de hoge temperatuur δ-Bi2O3 naar de tussenliggende β – Bi2O3 gaat gepaard met een grote volumeverandering en bijgevolg een verslechtering van de mechanische eigenschappen van het materiaal. Dit, in combinatie met het zeer nauwe stabiliteitsbereik van de δ-fase (727-824 °C), heeft geleid tot studies over de stabilisatie tot kamertemperatuur.
Bi2O3 vormt gemakkelijk vaste oplossingen met vele andere metaaloxiden. Deze gedoteerde systemen vertonen een complexe reeks structuren en eigenschappen die afhankelijk zijn van het type dopant, de dopantconcentratie en de thermische geschiedenis van het monster. De meest bestudeerde systemen zijn die met zeldzame aardmetaaloxiden, Ln2O3, met inbegrip van yttria, Y2O3. Kationen van zeldzame aardmetalen zijn over het algemeen zeer stabiel, hebben vergelijkbare chemische eigenschappen en zijn in grootte vergelijkbaar met Bi3+, dat een straal van 1,03 Å heeft, waardoor ze allemaal uitstekende doteringen hebben. Bovendien nemen hun Ionische stralen vrij uniform af van La3+ (1.032 Å), via Nd3+, (0.983 Å), Gd3+, (0.938 Å), Dy3+, (0.912 Å) en Er3+, (0.89 Å), tot Lu3+, (0.861 Å) (bekend als de ‘lanthanidecontractie’), waardoor ze nuttig zijn om het effect van dopinggrootte op de stabiliteit van de Bi2O3-fasen te bestuderen.
Bi2O3 is ook gebruikt als sinteradditief in het sc2o3 – gedoteerde zirkonia-systeem voor SOFC bij gemiddelde temperatuur.