Các ứng dụng đa dạng của kim loại Hafnium

Hầu hết hafnium được sản xuất đều được sử dụng để sản xuất thanh điều khiển cho các lò phản ứng hạt nhân.[28]

Nâng tầm dự án của bạn bằng dây hafnium cao cấp của chúng tôi: kích thước chính xác từ 0,8 mm đến 6 mm để có hiệu suất vượt trội.

Tiêu chuẩn:

Hafnium có ứng dụng kỹ thuật hạn chế do một số yếu tố. Đầu tiên, nó rất giống với zirconium, một nguyên tố phong phú hơn có thể được sử dụng trong hầu hết các trường hợp. Thứ hai, hafnium nguyên chất không được phổ biến rộng rãi cho đến cuối những năm 1950 khi nó trở thành sản phẩm phụ do nhu cầu về zirconium không chứa hafnium của ngành công nghiệp hạt nhân.

Ứng dụng:

Lò phản ứng hạt nhân

Hạt nhân của một số đồng vị hafnium có thể hấp thụ nhiều neutron. Điều này làm cho hafnium trở thành vật liệu tốt cho thanh điều khiển của lò phản ứng hạt nhân. Tiết diện bắt neutron của nó (Tích phân cộng hưởng bắt giữ Io ≈ 2000 Barn)[59] gấp khoảng 600 lần so với zirconium (các nguyên tố khác hấp thụ neutron tốt cho thanh điều khiển là cadmium và boron). Đặc tính cơ học tuyệt vời và đặc tính chống ăn mòn đặc biệt cho phép sử dụng nó trong môi trường khắc nghiệt của lò phản ứng nước có áp suất.[28] Lò phản ứng nghiên cứu FRM II của Đức sử dụng hafnium làm chất hấp thụ neutron.[60] Nó cũng phổ biến trong các lò phản ứng quân sự, đặc biệt là trong các lò phản ứng tàu ngầm hải quân Hoa Kỳ, để làm chậm tốc độ lò phản ứng quá cao.[61][62] Nó hiếm khi được tìm thấy trong các lò phản ứng dân sự, lõi đầu tiên của Nhà máy điện nguyên tử Shippingport (chuyển đổi từ lò phản ứng hải quân) là một ngoại lệ đáng chú ý.[63]

Hợp kim

Vòi tên lửa chứa hafnium của Mô-đun Mặt trăng Apollo ở góc dưới bên phải

Hafnium được sử dụng trong các hợp kim với sắt, titan, niobi, tantalum và các kim loại khác. Một hợp kim được sử dụng cho các vòi phun tên lửa lỏng, chẳng hạn như động cơ chính của Mô-đun Mặt Trăng Apollo, là C103, bao gồm 89% niobi, 10% hafnium và 1% titan.[64]

Việc bổ sung một lượng nhỏ hafnium làm tăng độ bám dính của lớp oxit bảo vệ trên hợp kim gốc niken. Do đó, nó cải thiện khả năng chống ăn mòn, đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ tuần hoàn có xu hướng phá vỡ lớp oxit, bằng cách tạo ra ứng suất nhiệt giữa vật liệu khối và lớp oxit.

Bộ vi xử lý

Các hợp chất dựa trên hafnium được sử dụng trong các cổng của bóng bán dẫn làm chất cách điện trong thế hệ mạch tích hợp 45 nm (và thấp hơn) của Intel, IBM và các hãng khác.[68][69] Các hợp chất dựa trên oxit hafnium là chất điện môi có độ K cao thực tế, cho phép giảm dòng rò cổng giúp cải thiện hiệu suất ở các quy mô như vậy.[70][71][72]

Địa hóa học đồng vị

In most geologic materials, zircon is the dominant host of hafnium (>10,000 ppm) và thường là trọng tâm của các nghiên cứu về hafni trong địa chất.[77] Hafnium dễ dàng được thay thế vào mạng tinh thể zircon và do đó có khả năng chống lại sự di chuyển và ô nhiễm hafnium rất cao. Zircon cũng có tỷ lệ Lu/Hf cực kỳ thấp, khiến cho bất kỳ sự điều chỉnh nào đối với luteti ban đầu đều ở mức tối thiểu. Mặc dù hệ thống Lu/Hf có thể được sử dụng để tính toán "tuổi mô hình", tức là thời điểm mà nó được hình thành từ một nguồn chứa đồng vị nhất định chẳng hạn như lớp phủ đã cạn kiệt, những "tuổi" này không mang ý nghĩa địa chất giống như các hệ thống khác. các kỹ thuật địa thời gian vì kết quả thường mang lại hỗn hợp đồng vị và do đó cung cấp độ tuổi trung bình của vật liệu mà nó được tạo ra.

Garnet là một khoáng chất khác chứa lượng hafnium đáng kể để hoạt động như một máy đo địa thời gian. Tỷ lệ Lu/Hf cao và biến thiên được tìm thấy trong ngọc hồng lựu khiến nó hữu ích cho việc xác định niên đại của các sự kiện biến chất.

Công dụng khác

Do khả năng chịu nhiệt và ái lực của nó với oxy và nitơ, hafnium là chất khử oxy và nitơ tốt trong đèn đốt đầy khí và đèn sợi đốt. Hafnium cũng được sử dụng làm điện cực trong cắt plasma vì khả năng phóng điện tử vào không khí.[79]

Hàm lượng năng lượng cao 178m2Hf là mối quan tâm của chương trình do DARPA tài trợ ở Mỹ. Chương trình này cuối cùng đã kết luận rằng việc sử dụng đồng phân hạt nhân 178m2Hf nêu trên của hafnium để chế tạo vũ khí hiệu suất cao với cơ chế kích hoạt tia X - một ứng dụng phát xạ gamma cảm ứng - là không khả thi vì chi phí của nó. Xem tranh cãi về hafnium.

Các hợp chất hafnium metallicocene có thể được điều chế từ hafnium tetrachloride và các loại phối tử loại cyclopentadiene khác nhau. Có lẽ hafnium metallicocene đơn giản nhất là hafnocene dichloride. Hafnium metallicocene là một phần của bộ sưu tập lớn các chất xúc tác metallicocene kim loại chuyển tiếp Nhóm 4 [80] được sử dụng trên toàn thế giới trong sản xuất nhựa polyolefin như polyetylen và polypropylen.

Chất xúc tác pyridyl-amido hafnium có thể được sử dụng để trùng hợp chọn lọc iso có kiểm soát của propylene, sau đó có thể kết hợp với polyetylen để tạo ra nhựa tái chế bền hơn nhiều.

Hafnium diselenide được nghiên cứu trong điện tử học spin nhờ mật độ sóng điện tích và tính siêu dẫn của nó.