Wie wurde Hafnium entdeckt?
Die Entdeckung von Hafnium
1923 entdeckten der schwedische Chemiker Hervey und der niederländische Physiker D. Coster das Element Hafnium in Zirkonen, die in Norwegen und Grönland hergestellt wurden. Es wurde Hafnium genannt. Der Name leitet sich von dem lateinischen Namen Hafnia in Kopenhagen ab. 1925 trennten Hervey und Coster Zirkonium und Titan durch fraktionierte Kristallisation von Fluorkomplexen, um reine Hafniumsalze zu erhalten, und reduzierten Hafniumsalze mit Natriummetall, um reines Metall-Hafnium zu erhalten. Hervsi stellte mehrere Proben von reinem Hafnium her.
1998 stellte Professor Carl Collins von der University of Texas in einem Experiment fest, dass Hf 178m2 bei der Bestrahlung mit Gammastrahlen enorme Energiemengen freisetzen kann, die um fünf Größenordnungen höher als bei einer chemischen Reaktion, aber um drei Größenordnungen niedriger als bei einer Kernreaktion sind. Hf 178 M2 ist das langlebigste unter den langlebigen Isotopen: Die Halbwertszeit von Hf 178 M2 beträgt 31 Jahre, seine natürliche Radioaktivität liegt also bei 1,6 Billionen Becquerel. Collins berichtet, dass ein Gramm reines Hf178m2 etwa 1330 Megajoule enthält, was der Energie entspricht, die bei der Explosion von 300 Kilogramm TNT freigesetzt wird.
Collins berichtet, dass die gesamte Energie bei dieser Reaktion in Form von Röntgen- oder Gammastrahlung freigesetzt wird, die sehr schnell ist, und dass Hf178m2 in sehr geringen Konzentrationen reagiert. Das Pentagon hat zu diesem Zweck Mittel bereitgestellt. Das Signal-Rausch-Verhältnis des Experiments war sehr gering, und seither ist es keinem Wissenschaftler gelungen, diese Reaktion unter den von Collins behaupteten Bedingungen zu erreichen, trotz zahlreicher Experimente von Wissenschaftlern verschiedener Organisationen, darunter DARPA und JASON Defense Advisory Group, und Collins ist es nicht gelungen, eindeutige Beweise für ihre Existenz zu liefern. Im Jahr 2006 schlug Collins vor, die induzierte Gammastrahlung zu nutzen, um Energie aus Hf 178m2 freizusetzen, aber andere Wissenschaftler haben nachgewiesen, dass dies theoretisch unmöglich ist. Hf178m2 wird in der Wissenschaft weithin als Energiequelle angesehen.
Die Produkte und Verwendungen von Hafnium
Da Hafnium leicht Elektronen übertragen kann, ist es von großem Nutzen. Es wird als Kathode für Röntgenröhren verwendet, HF- und W- oder Mo-Legierungen werden als Elektroden für Hochspannungsentladungsröhren eingesetzt. Kathoden- und Wolframglühfäden werden in der Industrie häufig für Röntgenstrahlen verwendet. Reines Hafnium ist aufgrund seiner Plastizität, einfachen Verarbeitung, Hochtemperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit ein wichtiger Werkstoff in der Atomindustrie. Hafnium hat einen großen thermischen Neutroneneinfangquerschnitt und ist ein idealer Neutronenabsorber. Es kann als Kontrollstab und Schutzvorrichtung im Kernreaktor verwendet werden. Hafniumpulver kann als Propeller für Raketen verwendet werden. Die Kathode der Röntgenröhre kann in der Elektroindustrie hergestellt werden. Hf-Ta-Legierung kann als vordere Schutzschicht für Raketendüsen und gleitende Wiedereintrittsfahrzeuge verwendet werden. Hf-Ta-Legierung kann als Werkzeug für Stahl und widerstandsfähiges Material verwendet werden. Hafnium wird in hitzebeständigen Legierungen wie Wolfram-, Molybdän- und Tantal-Legierungen als zusätzliches Element verwendet, wobei Hafnium hinzugefügt wird. HfC kann aufgrund seiner hohen Härte und seines hohen Schmelzpunkts als Zusatzstoff für Hartmetall verwendet werden. Der Schmelzpunkt von 4TaCHfC liegt bei etwa 4215 C und ist damit der höchste Schmelzpunkt einer Verbindung. Hafnium kann als Getter für viele aufblasbare Systeme verwendet werden. Hafnium-Getter können Sauerstoff und Stickstoff im System ohne Gas entfernen. Hafnium wird häufig als Zusatzstoff in Hydrauliköl verwendet, um die Verflüchtigung von Hydrauliköl bei risikoreichen Arbeiten zu verhindern. Hafnium ist sehr flüchtigkeitshemmend und wird daher in der Regel in industriellen und medizinischen Hydraulikölen verwendet.
Hafnium-Elemente werden auch in den neuesten intel45-Nanometern verwendet. Da Siliziumdioxid (SiO2) herstellbar ist und die Dicke reduziert werden kann, um die Transistorleistung kontinuierlich zu verbessern, verwenden Prozessorhersteller Siliziumdioxid als Gate-Dielektrikum. Als Intel den 65-Nanometer-Fertigungsprozess einführte, wurde die Dicke des Siliziumdioxid-Gate-Dielektrikums auf 1,2 Nanometer reduziert, was fünf Atomschichten entspricht. Mit der Verkleinerung des Transistors auf die Größe von Atomen würde jedoch gleichzeitig die Schwierigkeit des Stromverbrauchs und der Wärmeableitung steigen, was zu einer Verschwendung von Strom und unnötiger Wärmeenergie führt. Wenn wir also den Strom weiter verwenden, wird der Strom reduziert werden. Das Material, die weitere Verringerung der Dicke des Gate-Dielektrikums Leckage-Potenzial wird deutlich erhöht werden, wodurch Transistor-Technologie stoßen die Grenze. Um dieses zentrale Problem zu lösen, schlug Intel offiziell vor, Siliziumdioxid durch dickere High-K-Materialien (Hafnium-basierte Materialien) als Gate-Dielektrikum zu ersetzen, was auch erfolgreich die Leckage um mehr als das Zehnfache reduzierte. Im Vergleich zur früheren 65-Nanometer-Technologie hat Intel mit dem 45-Nanometer-Prozess die Transistordichte nahezu verdoppelt, die Gesamtzahl der Transistoren im Prozessor erhöht und die Größe des Prozessors verringert. Darüber hinaus erfordert das Schalten der Transistoren weniger Strom, was den Stromverbrauch um fast 30 % senkt, und für die internen Verbindungen werden Kupferdrähte mit niedrigem K-Dielektrikum verwendet.
