Raznolikost uporabe hafnijeve kovine

Večina proizvedenega hafnija se uporablja v proizvodnji krmilnih palic za jedrske reaktorje.[28]

Izboljšajte svoje projekte z našo hafnijevo žico Premium: natančne velikosti od 0,8 mm do 6 mm za vrhunsko zmogljivost.

Standardi:

Hafnij ima omejeno tehnično uporabo zaradi nekaj dejavnikov. Prvič, zelo je podoben cirkoniju, bolj razširjenemu elementu, ki ga je mogoče uporabiti v večini primerov. Drugič, čisti hafnij ni bil široko dostopen do poznih petdesetih let prejšnjega stoletja, ko je postal stranski produkt potrebe jedrske industrije po cirkoniju brez hafnija.

Aplikacije:

Jedrski reaktorji

Vsako jedro več izotopov hafnija lahko absorbira več nevtronov. Zaradi tega je hafnij dober material za krmilne palice jedrskih reaktorjev. Njegov presek zajetja nevtronov (Capture Resonance Integral Io ≈ 2000 barnov) [59] je približno 600-krat večji od preseka cirkonija (druga elementa, ki sta dobra absorberja nevtronov za krmilne palice, sta kadmij in bor). Odlične mehanske lastnosti in izjemna odpornost proti koroziji omogočajo njegovo uporabo v težkih okoljih vodnih reaktorjev pod tlakom.[28] Nemški raziskovalni reaktor FRM II uporablja hafnij kot absorber nevtronov.[60] Prav tako je običajno v vojaških reaktorjih, zlasti v ameriških mornariških podmorniških reaktorjih, da upočasnijo previsoke hitrosti reaktorja [61] [62]. Redko ga najdemo v civilnih reaktorjih, prvo jedro jedrske elektrarne Shippingport (pretvorba mornariškega reaktorja) je pomembna izjema. [63]

Zlitine

Raketna šoba lunarnega modula Apollo, ki vsebuje hafnij, v spodnjem desnem kotu

Hafnij se uporablja v zlitinah z železom, titanom, niobijem, tantalom in drugimi kovinami. Zlitina, ki se uporablja za pogonske šobe raket na tekoče, na primer glavni motor lunarnih modulov Apollo, je C103, ki je sestavljena iz 89 % niobija, 10 % hafnija in 1 % titana.[64]

Majhni dodatki hafnija povečajo oprijem zaščitnih oksidnih lusk na zlitine na osnovi niklja. S tem izboljša korozijsko odpornost, zlasti v cikličnih temperaturnih pogojih, ki težijo k lomljenju oksidnih lusk, z induciranjem toplotnih napetosti med razsutim materialom in plastjo oksida. [65] [66] [67]

Mikroprocesorji

Spojine na osnovi hafnija se uporabljajo v vratih tranzistorjev kot izolatorji v 45 nm (in manj) generaciji integriranih vezij Intel, IBM in drugih.[68][69] Spojine na osnovi hafnijevega oksida so praktični visoko-k dielektriki, ki omogočajo zmanjšanje uhajajočega toka na vratih, kar izboljša učinkovitost v takih lestvicah. [70] [71] [72]

Izotopska geokemija

In most geologic materials, zircon is the dominant host of hafnium (>10,000 ppm) in je pogosto v središču študij hafnija v geologiji.[77] Hafnij je zlahka substituiran v kristalno mrežo cirkona in je zato zelo odporen na mobilnost in kontaminacijo hafnija. Cirkon ima tudi izredno nizko razmerje Lu/Hf, zaradi česar je vsak popravek za začetni lutecij minimalen. Čeprav se sistem Lu/Hf lahko uporablja za izračun "modelne starosti", tj. časa, ko je bila izpeljana iz danega izotopskega rezervoarja, kot je osiromašen plašč, te "starosti" nimajo enakega geološkega pomena kot drugi geokronološke tehnike, saj rezultati pogosto dajejo izotopske mešanice in tako zagotavljajo povprečno starost materiala, iz katerega je bil pridobljen.

Granat je še en mineral, ki vsebuje precejšnje količine hafnija, ki deluje kot geokronometer. Zaradi visokih in spremenljivih razmerij Lu/Hf, ki jih najdemo v granatu, je ta uporaben za datiranje metamorfnih dogodkov.

Druge uporabe

Zaradi svoje toplotne odpornosti in afinitete do kisika in dušika je hafnij dober lovilec kisika in dušika v plinskih in žarnicah z žarilno nitko. Hafnij se uporablja tudi kot elektroda pri plazemskem rezanju zaradi njegove sposobnosti oddajanja elektronov v zrak.[79]

Visoka vsebnost energije 178 m2Hf je bila skrb programa, ki ga je financirala DARPA v ZDA. Ta program je sčasoma zaključil, da je bila uporaba zgoraj omenjenega jedrskega izomera hafnija 178m2Hf za izdelavo orožja z visoko zmogljivostjo z mehanizmi za sprožitev rentgenskih žarkov - uporaba inducirane emisije gama - neizvedljiva zaradi stroškov. Glej spor o hafniju.

Hafnijeve metalocenske spojine lahko pripravimo iz hafnijevega tetraklorida in različnih vrst ligandov ciklopentadienskega tipa. Morda je najenostavnejši hafnijev metalocen hafnocen diklorid. Hafnijevi metaloceni so del velike zbirke kovinskih metalocenskih katalizatorjev skupine 4 [80], ki se uporabljajo po vsem svetu v proizvodnji poliolefinskih smol, kot sta polietilen in polipropilen.

Piridil-amido hafnijev katalizator je mogoče uporabiti za nadzorovano izoselektivno polimerizacijo propilena, ki ga je nato mogoče kombinirati s polietilenom, da bi naredili veliko bolj trdovratno reciklirano plastiko.

Hafnijev diselenid preučujejo v spintroniki zaradi njegovega vala gostote naboja in superprevodnosti.