Diversitatea aplicațiilor hafniului metalului

Cea mai mare parte a hafniului produs este utilizat la fabricarea tijelor de control pentru reactoare nucleare.[28]

Creșteți-vă proiectele cu firul nostru de hafniu Premium: dimensiuni de precizie de la 0,8 mm la 6 mm pentru performanțe superioare.

Standarde:

Hafniul are aplicații tehnice limitate din cauza câțiva factori. În primul rând, este foarte asemănător cu zirconiul, un element mai abundent care poate fi folosit în majoritatea cazurilor. În al doilea rând, hafniul pur nu a fost disponibil pe scară largă până la sfârșitul anilor 1950, când a devenit un produs secundar al nevoii industriei nucleare de zirconiu fără hafniu.

Aplicatii:

Reactoarele nucleare

Nucleele mai multor izotopi de hafniu pot absorbi fiecare neutroni multipli. Acest lucru face ca hafniul să fie un material bun pentru tijele de control ale reactoarelor nucleare. Secțiunea transversală de captare a neutronilor (Capture Resonance Integral Io ≈ 2000 barns)[59] este de aproximativ 600 de ori mai mare decât a zirconiului (alte elemente care sunt buni absorbanți de neutroni pentru tijele de control sunt cadmiul și borul). Proprietățile mecanice excelente și proprietățile excepționale de rezistență la coroziune permit utilizarea acestuia în mediul dur al reactoarelor cu apă sub presiune.[28] Reactorul de cercetare german FRM II folosește hafniu ca absorbant de neutroni.[60] De asemenea, este obișnuit în reactoarele militare, în special în reactoarele submarine navale din SUA, să încetinească ratele prea mari ale reactoarelor.[61][62] Se găsește rar în reactoarele civile, primul nucleu al centralei atomice Shippingport (o conversie a unui reactor naval) fiind o excepție notabilă.[63]

Aliaje

Duza rachetei care conține hafniu a modulului lunar Apollo din colțul din dreapta jos

Hafniul este utilizat în aliaje cu fier, titan, niobiu, tantal și alte metale. Un aliaj folosit pentru duzele propulsoarelor de rachete lichide, de exemplu, motorul principal al modulelor lunare Apollo, este C103, care constă din 89% niobiu, 10% hafniu și 1% titan.[64]

Adăugările mici de hafniu cresc aderența solzilor de oxid de protecție pe aliajele pe bază de nichel. Astfel, îmbunătățește rezistența la coroziune, în special în condiții de temperatură ciclică, care tind să spargă solzii de oxid, prin inducerea unor tensiuni termice între materialul în vrac și stratul de oxid.[65][66][67]

Microprocesoare

Compușii pe bază de hafniu sunt folosiți în porțile tranzistoarelor ca izolatori în generația de circuite integrate de 45 nm (și mai jos) de la Intel, IBM și alții.[68][69] Compușii pe bază de oxid de hafniu sunt dielectrici practici de înaltă k, permițând reducerea curentului de scurgere al porții, ceea ce îmbunătățește performanța la astfel de scări.[70][71][72]

Geochimia izotopilor

In most geologic materials, zircon is the dominant host of hafnium (>10,000 ppm) și este adesea în centrul studiilor despre hafniu în geologie.[77] Hafniul este ușor înlocuit în rețeaua cristalină de zircon și, prin urmare, este foarte rezistent la mobilitatea și contaminarea hafniului. Zirconul are, de asemenea, un raport Lu/Hf extrem de scăzut, ceea ce face ca orice corecție pentru lutețiul inițial să fie minimă. Deși sistemul Lu/Hf poate fi utilizat pentru a calcula o „vârstă model”, adică momentul la care a fost derivat dintr-un rezervor izotopic dat, cum ar fi mantaua epuizată, aceste „vârste” nu au aceeași semnificație geologică ca și celelalte. tehnicile geocronologice, deoarece rezultatele produc adesea amestecuri izotopice și oferă astfel o vârstă medie a materialului din care a fost derivat.

Granatul este un alt mineral care conține cantități apreciabile de hafniu pentru a acționa ca geocronometru. Raporturile ridicate și variabile Lu/Hf găsite în granat îl fac util pentru datarea evenimentelor metamorfice.

Alte utilizări

Datorită rezistenței sale la căldură și afinității sale pentru oxigen și azot, hafniul este un bun captator de oxigen și azot în lămpile cu gaz și incandescente. Hafniul este, de asemenea, folosit ca electrod în tăierea cu plasmă datorită capacității sale de a arunca electroni în aer.[79]

Conținutul ridicat de energie de 178 m2Hf a fost preocuparea unui program finanțat de DARPA în SUA. Acest program a concluzionat în cele din urmă că utilizarea izomerului nuclear de hafniu de 178 m2Hf menționat mai sus pentru a construi arme de mare randament cu mecanisme de declanșare a raze X - o aplicare a emisiei gamma induse - a fost imposibilă din cauza cheltuielilor sale. Vezi controversa despre hafniu.

Compușii metalocen de hafniu pot fi preparați din tetraclorură de hafniu și din diverse specii de liganzi de tip ciclopentadienă. Poate cel mai simplu metalocen de hafniu este diclorura de hafnocen. Metalocenii de hafniu fac parte dintr-o mare colecție de catalizatori metaloceni de metal tranzițional din Grupa 4 [80] care sunt utilizați în întreaga lume în producția de rășini poliolefinice precum polietilena și polipropilena.

Un catalizator piridil-amido hafniu poate fi utilizat pentru polimerizarea izo-selectivă controlată a propilenei care poate fi apoi combinată cu polietilenă pentru a face un plastic reciclat mult mai dur.

Diseleniura de hafniu este studiată în spintronica datorită undei de densitate a sarcinii și supraconductivității.