El triòxid de bismut (Bi₂O₃) existeix en quatre formes cristal·lines: , , i δ. La forma és la més estable a temperatura ambient, presentant un sistema de cristalls monoclínics grocs. Quan la temperatura puja a 729 graus, es transforma en la forma δ, que té una estructura de fluorita cúbica i presenta una excel·lent conductivitat dels ions d'oxigen.
Des d'una perspectiva de l'estructura cristal·lina, la naturalesa policristalina del triòxid de bismut determina les seves propietats físiques i electroquímiques en diferents condicions de temperatura:
-Bi₂O₃ (fase estable de baixa-temperatura)
Tipus d'estructura: Sistema monoclínic, la forma més estable a temperatura ambient.
Característiques físiques: apareix com a pols o cristalls de color groc pàl·lid a marró{0}}groc, amb una densitat relativa d'aproximadament 8,9 i un punt de fusió d'aproximadament 825 graus .
Conductivitat elèctrica: els ions d'oxigen tenen una conductivitat elèctrica baixa, però s'utilitza àmpliament com a additiu bàsic en ceràmica electrònica.
-Bi₂O₃ (fase metaestable d'alta-temperatura)
Tipus d'estructura: sistema de cristall tetragonal, normalment forma al voltant de 650 graus.
Aspecte: cristalls de color groc brillant a taronja, densitat relativa 8,55, punt de fusió aproximadament 860 graus.
Estabilitat: es manté metaestable quan es refreda, però es transforma fàcilment en fase durant l'emmagatzematge a llarg termini{0}.
-Bi₂O₃ (fase metaestable d'alta-temperatura)
Tipus d'estructura: gelosia cúbica-centrada en el cos, formada a uns 639 graus .
Condicions d'ocurrència: Formades durant el procés de refredament de la fase δ; relativament rar i poc estudiat.
δ-Bi₂O₃ (fase estable d'alta-temperatura)
Tipus d'estructura: estructura mineral de fluorita cúbica centrada en la cara-, estable per sobre dels 729 graus, que es fon a 824 graus.
Característiques bàsiques: aproximadament 1/4 dels llocs d'ions d'oxigen de la xarxa cristal·lina estan buits, el que resulta en una conductivitat dels ions d'oxigen extremadament alta (fins a 1 S/cm), el que el converteix en un punt d'investigació en materials electròlits en estat sòlid-.
Aplicacions: Apte per a dispositius energètics com les piles de combustible d'òxid sòlid (SOFC) i sensors d'oxigen.
