Różnorodne zastosowania hafnu metalicznego

Większość wyprodukowanego hafnu wykorzystywana jest do produkcji prętów regulacyjnych do reaktorów jądrowych.[28]

Podnieś poziom swoich projektów dzięki naszemu drutowi hafnowemu Premium: precyzyjne rozmiary od 0,8 mm do 6 mm zapewniające doskonałą wydajność.

Standardy:

Hafn ma ograniczone zastosowania techniczne ze względu na kilka czynników. Po pierwsze, jest bardzo podobny do cyrkonu, pierwiastka bardziej rozpowszechnionego, który można zastosować w większości przypadków. Po drugie, czysty hafn nie był powszechnie dostępny aż do późnych lat pięćdziesiątych XX wieku, kiedy stał się produktem ubocznym zapotrzebowania przemysłu nuklearnego na cyrkon niezawierający hafnu.

Aplikacje:

Reaktory jądrowe

Każdy z jąder kilku izotopów hafnu może absorbować wiele neutronów. To sprawia, że ​​hafn jest dobrym materiałem na pręty sterujące reaktorów jądrowych. Jego przekrój poprzeczny wychwytu neutronów (Capture Resonance Integral Io ≈ 2000 barnów) [59] jest około 600 razy większy niż cyrkon (inne pierwiastki, które są dobrymi pochłaniaczami neutronów dla prętów sterujących, to kadm i bor). Doskonałe właściwości mechaniczne i wyjątkowa odporność na korozję pozwalają na jego zastosowanie w trudnych warunkach ciśnieniowych reaktorów wodnych. Niemiecki reaktor badawczy FRM II wykorzystuje hafn jako pochłaniacz neutronów. W reaktorach wojskowych, szczególnie w reaktorach podwodnych marynarki wojennej Stanów Zjednoczonych, powszechne jest również spowalnianie zbyt wysokich wydajności reaktorów. Rzadko można go znaleźć w reaktorach cywilnych, a pierwszy rdzeń elektrowni atomowej Shippingport (konwersja reaktora morskiego) jest godnym uwagi wyjątkiem.

Stopy

Dysza rakiety zawierająca hafn modułu księżycowego Apollo w prawym dolnym rogu

Hafn jest stosowany w stopach z żelazem, tytanem, niobem, tantalem i innymi metalami. Stopem używanym do produkcji dysz pędników rakiet na ciecz, na przykład głównego silnika modułów księżycowych Apollo, jest C103, który składa się z 89% niobu, 10% hafnu i 1% tytanu.

Niewielkie dodatki hafnu zwiększają przyczepność ochronnych osadów tlenkowych na stopach na bazie niklu. W ten sposób poprawia odporność na korozję, zwłaszcza w cyklicznych warunkach temperaturowych, które mają tendencję do rozbijania kamienia tlenkowego, poprzez wywoływanie naprężeń termicznych pomiędzy materiałem sypkim a warstwą tlenku.

Mikroprocesory

Związki na bazie hafnu są stosowane w bramkach tranzystorów jako izolatory w generacji układów scalonych 45 nm (i niższych) firm Intel, IBM i innych. Związki na bazie tlenku hafnu są praktycznymi dielektrykami o wysokim współczynniku k, umożliwiającymi redukcję prądu upływu bramki, co poprawia wydajność w takich skalach.

Geochemia izotopów

In most geologic materials, zircon is the dominant host of hafnium (>10,000 ppm) i często jest przedmiotem badań hafnu w geologii.[77] Hafn można łatwo zastąpić siecią krystaliczną cyrkonu i dlatego jest bardzo odporny na ruchliwość i zanieczyszczenia hafnu. Cyrkon ma również wyjątkowo niski stosunek Lu/Hf, co sprawia, że ​​jakakolwiek korekta na początkowy lutet jest minimalna. Chociaż układ Lu/Hf można wykorzystać do obliczenia „wieku modelu”, tj. czasu, w którym został on uzyskany z danego zbiornika izotopowego, takiego jak zubożony płaszcz, „wieki” te nie mają takiego samego znaczenia geologicznego jak inne technik geochronologicznych, ponieważ w wynikach często powstają mieszaniny izotopowe, a tym samym podaje się średni wiek materiału, z którego je otrzymano.

Granat to kolejny minerał zawierający znaczne ilości hafnu, który działa jak geochronometr. Wysokie i zmienne stosunki Lu/Hf występujące w granacie sprawiają, że jest on przydatny do datowania wydarzeń metamorficznych.

Inne zastosowania

Ze względu na swoją odporność na ciepło oraz powinowactwo do tlenu i azotu, hafn jest dobrym pochłaniaczem tlenu i azotu w lampach gazowych i żarowych. Hafn jest również używany jako elektroda w cięciu plazmowym ze względu na jego zdolność do wyrzucania elektronów w powietrze.[79]

Wysoka zawartość energii wynosząca 178 m2Hf była przedmiotem zainteresowania programu finansowanego przez DARPA w USA. W programie tym ostatecznie stwierdzono, że wykorzystanie wyżej wspomnianego izomeru jądrowego hafnu o gęstości 178 m2 Hf do budowy wysokowydajnej broni wyposażonej w mechanizmy wyzwalające promieniowanie rentgenowskie – zastosowanie indukowanej emisji promieniowania gamma – jest niewykonalne ze względu na koszty. Zobacz kontrowersje dotyczące hafnu .

Związki metalocenowe hafnu można wytworzyć z tetrachlorku hafnu i różnych gatunków ligandów typu cyklopentadienowego. Być może najprostszym metalocenem hafnu jest dichlorek hafnocenu. Metaloceny hafnu stanowią część dużej kolekcji katalizatorów metalocenowych z grupy 4 metali przejściowych [80], które są stosowane na całym świecie w produkcji żywic poliolefinowych, takich jak polietylen i polipropylen.

Katalizator pirydyloamidohafnowy można zastosować do kontrolowanej izoselektywnej polimeryzacji propylenu, który można następnie połączyć z polietylenem, aby uzyskać znacznie wytrzymalsze tworzywo sztuczne pochodzące z recyklingu.

Diselenek hafnu jest badany w spintronice ze względu na falę gęstości ładunku i nadprzewodnictwo.