Как был открыт гафний
Открытие гафния
В 1923 году шведский химик Херви и голландский физик Д. Костер обнаружили элемент гафний в цирконах, добытых в Норвегии и Гренландии. Он был назван гафнием. Оно произошло от латинского названия Хафния в Копенгагене. В 1925 году Хервси и Костер разделили цирконий и титан методом дробной кристаллизации фтористых комплексов, получив чистые соли гафния, и восстановили соли гафния металлическим натрием, чтобы получить чистый металлический гафний. Хервси изготовил несколько образцов чистого гафния.
В 1998 году профессор Карл Коллинз из Техасского университета в ходе эксперимента утверждал, что Hf 178m2, облученный гамма-лучами, может выделять огромное количество энергии, на пять порядков больше, чем при химической реакции, но на три порядка меньше, чем при ядерной реакции. Hf 178 M2 имеет самую долгую жизнь среди подобных долгоживущих изотопов: период полураспада Hf 178 M2 составляет 31 год, поэтому его естественная радиоактивность равна примерно 1,6 триллиона беккерелей. Коллинз сообщает, что в одном грамме чистого Hf178m2 содержится около 1330 мегаджоулей, что эквивалентно энергии, высвобождаемой при взрыве 300 килограммов тротила.
Коллинз сообщает, что вся энергия в этой реакции выделяется в виде рентгеновского или гамма-излучения, которое происходит очень быстро, а Hf178m2 вступает в реакцию при очень низких концентрациях. Пентагон выделил средства на эти цели. Соотношение сигнал/шум в эксперименте было очень низким, и с тех пор, несмотря на многочисленные эксперименты ученых из различных организаций, включая DARPA и JASON Defense Advisory Group, ни один ученый не смог добиться этой реакции в условиях, заявленных Коллинзом, а Коллинз так и не смог представить убедительных доказательств ее существования. В 2006 году Коллинз предложил использовать индуцированное гамма-излучение для высвобождения энергии из Hf178m2, но другие ученые доказали теоретическую невозможность этого. Hf178m2 широко рассматривается в научных кругах как источник энергии.
Продукция и применение гафния
Поскольку гафний легко пропускает электроны, он имеет большое применение. Используется в качестве катода для рентгеновских трубок, сплавы HF и w или Mo применяются в качестве электродов для высоковольтных разрядных трубок. Катод и вольфрамовой нити производства промышленности широко используются в качестве рентгеновских лучей. Чистый гафний является важным материалом в атомной энергетике благодаря своей пластичности, легкости обработки, устойчивости к высоким температурам и коррозии. Гафний имеет большое сечение захвата тепловых нейтронов и является идеальным поглотителем нейтронов. Он может использоваться в качестве управляющего стержня и защитного устройства в ядерном реакторе. Порошок гафния может использоваться в качестве пропеллера для ракет. Катод рентгеновской трубки может быть изготовлен в электротехнической промышленности. Сплав Hf-Ta может использоваться в качестве переднего защитного слоя для сопел ракет и скользящих возвращаемых аппаратов. Сплав Hf-Ta может использоваться в качестве инструмента для стали и стойкого материала. Гафний в жаропрочных сплавах используется в качестве присадочного элемента, например, в вольфрамовые, молибденовые и танталовые сплавы добавляют гафний. HfC может использоваться в качестве добавки для цементированного карбида благодаря своей высокой твердости и высокой температуре плавления. Температура плавления 4TaCHfC составляет около 4215 C, что является самой высокой температурой плавления соединения. Гафний может использоваться в качестве геттера для многих надувных систем. Гафниевый геттер может удалять кислород и азот в системе без газа. Гафний часто используется в качестве добавки в гидравлическое масло для предотвращения улетучивания гидравлического масла в операциях с повышенным риском. Он обладает сильной антиволатильностью, поэтому обычно используется в промышленных и медицинских гидравлических маслах.
Элементы гафния также используются в новейших приборах intel45 nanometers. Поскольку диоксид кремния (SiO2) поддается обработке и позволяет уменьшать толщину для постоянного улучшения характеристик транзисторов, производители процессоров используют диоксид кремния в качестве диэлектрического материала затвора. Когда Intel внедрила 65-нанометровый производственный процесс, толщина диэлектрика решетки из диоксида кремния была уменьшена до 1,2 нанометра, что эквивалентно 5 слоям атомов. Однако при уменьшении размеров транзистора до размеров атомов одновременно возрастали трудности с энергопотреблением и тепловыделением, что приводило к бесполезной трате тока и излишней тепловой энергии. Поэтому, если мы продолжим использовать ток, он будет уменьшаться. материала, то при дальнейшем уменьшении толщины затворного диэлектрика потенциал утечки будет значительно увеличен, что приведет к сокращению транзисторной технологии, столкнувшейся с пределом. Для решения этой ключевой проблемы Intel официально предложила заменить диоксид кремния на более толстые высококристаллические материалы (материалы на основе гафния) в качестве диэлектрика затвора, что также позволило успешно снизить утечку более чем в 10 раз. По сравнению с предыдущей 65-нанометровой технологией 45-нанометровый техпроцесс Intel позволил почти вдвое увеличить плотность транзисторов, увеличить общее количество транзисторов в процессоре или уменьшить его размер. Кроме того, для переключения транзисторов требуется меньше энергии, что позволило снизить энергопотребление почти на 30 %, а во внутренних межсоединениях используются медные провода с диэлектриком с низким коэффициентом К.
