Vismut (III) oxid

den gula fasen uppvisar p-typ elektronisk konduktivitet (laddningen bärs av positiva hål) vid rumstemperatur som omvandlas till N-typ konduktivitet (laddning bärs av elektroner) mellan 550 C och 650 C, beroende på syrepartialtrycket.Konduktiviteten i faserna av den första typen av laddning är huvudsakligen jonisk, varvid oxidjoner är huvudladdningsbäraren. Av dessa har Bi2O3 den högsta rapporterade konduktiviteten. Vid 750 CCC ledningsförmågan hos cc2o3 är typiskt ca 1 Scm-1, cirka tre storleksordningar större än mellanfaserna och fyra order större än den monokliniska fasen. Bi2O3 har en defekt kristallstruktur av fluorittyp där två av de åtta syreställena i enhetscellen är lediga. Dessa inneboende lediga platser är mycket mobila på grund av den höga polarisbarheten hos katjonundergitteret med 6S2 ensamma parelektroner av Bi3+. Bi – o-bindningarna har kovalent bindningskaraktär och är därför svagare än rent Joniska bindningar, så syrejonerna kan hoppa in i lediga platser mer fritt.

arrangemanget av syreatomer i enhetscellen i Tubi-Bi2O3 har varit föremål för mycket debatt tidigare. Tre olika modeller har föreslagits. Sill (1937) använde pulverröntgendiffraktion på släckta prover och rapporterade att strukturen för Bi2O3 var en enkel kubisk fas med syreplatser beställda längs<111>, dvs. längs kubens kroppsdiagonal. Gattow och Schroder (1962) avvisade denna modell och föredrog att beskriva varje syreplats (8c-plats) i enhetscellen som 75% beläggning. Med andra ord fördelas de sex syreatomerna slumpmässigt över de åtta möjliga syreställena i enhetscellen. För närvarande verkar de flesta experter gynna den senare beskrivningen eftersom en helt oordnad syreundergitter står för den höga konduktiviteten på ett bättre sätt.

Willis (1965) använde neutrondiffraktion för att studera fluorit (CaF2) – systemet. Han bestämde att det inte kunde beskrivas av den ideala fluoritkristallstrukturen, snarare förflyttades fluoratomerna från vanliga 8C-positioner mot mitten av de interstitiella positionerna. Shuk et al. (1996) och Sammes et al. (1999) föreslår att Willis – modellen också kan användas för att beskriva dess struktur på grund av den höga graden av oordning i Taiwan-Bi2O3.

användning i Fastoxidbränsleceller (SOFC)redigera

intresset har centrerat sig på Bisexuell – Bi2O3 eftersom det huvudsakligen är en jonledare. Förutom elektriska egenskaper är termiska expansionsegenskaper mycket viktiga när man överväger möjliga tillämpningar för fasta elektrolyter. Höga värmeutvidgningskoefficienter representerar stora dimensionella variationer under uppvärmning och kylning, vilket skulle begränsa prestandan hos en elektrolyt. Övergången från högtemperaturbaugui-Bi2O3 till mellanbaugui-Bi2O3 åtföljs av en stor volymförändring och följaktligen en försämring av materialets mekaniska egenskaper. Detta, i kombination med det mycket smala stabilitetsintervallet för den nya fasen (727-824 c), har lett till studier av stabiliseringen till rumstemperatur.

Bi2O3 bildar enkelt fasta lösningar med många andra metalloxider. Dessa dopade system uppvisar en komplex uppsättning strukturer och egenskaper beroende på typen av dopmedel, dopmedelskoncentrationen och provets termiska historia. De mest studerade systemen är de som involverar sällsynta jordartsmetalloxider, Ln2O3, inklusive yttria, Y2O3. Sällsynta jordartsmetallkatjoner är i allmänhet mycket stabila, har liknande kemiska egenskaper till varandra och har samma storlek som Bi3+, som har en radie av 1,03 kcal, vilket gör dem alla utmärkta dopmedel. Dessutom, deras joniska radier minska ganska jämnt från La3+ (1.032 Å), genom Nd3+, (0.983 Å), Gd3+, (0.938 Å), Dy3+, (0.912 Å) och Er3+, (0.89 Å), att Lu3+, (0.861 Å) (känd som ”lanthanide kontraktion’), vilket gör dem användbara för att studera effekten av dopämne storlek på stabilitet Bi2O3 faser.

Bi2O3 har också använts som sintringsadditiv i det Sc2O3 – dopade zirkoniumoxidsystemet för mellantemperatur SOFC.