하프늄 금속의 다양성 응용

생산된 하프늄의 대부분은 원자로용 제어봉 제조에 사용됩니다.[28]

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표준:

하프늄은 몇 가지 요인으로 인해 기술적 적용이 제한되어 있습니다. 첫째, 대부분의 경우에 사용할 수 있는 더 풍부한 원소인 지르코늄과 매우 유사합니다. 둘째, 순수 하프늄은 1950년대 후반까지 널리 이용 가능하지 않았으며, 이후 하프늄이 없는 지르코늄에 대한 원자력 산업의 요구에 따른 부산물이 되었습니다.

신청:

원자로

여러 하프늄 동위원소의 핵은 각각 여러 개의 중성자를 흡수할 수 있습니다. 이로 인해 하프늄은 원자로의 제어봉에 좋은 재료가 됩니다. 중성자 포획 단면적(Capture Resonance Integral Io ≒ 2000 barns)[59]은 지르코늄의 약 600배입니다(제어봉에 좋은 중성자 흡수제인 다른 원소는 카드뮴과 붕소입니다). 우수한 기계적 특성과 뛰어난 내식성 특성으로 인해 가압경수형 원자로의 가혹한 환경에서도 사용할 수 있습니다.[28] 독일 연구용 원자로 FRM II는 하프늄을 중성자 흡수체로 사용합니다.[60] 또한 군용 원자로, 특히 미국 해군 잠수함 원자로에서 너무 높은 원자로 속도를 늦추는 것이 일반적입니다.[61][62] 민간 원자로에서는 거의 발견되지 않으며, Shippingport 원자력 발전소(해군 원자로의 개조)의 첫 번째 노심은 주목할만한 예외입니다.[63]

합금

오른쪽 하단에 있는 아폴로 달 탐사선의 하프늄 함유 로켓 노즐

하프늄은 철, 티타늄, 니오븀, 탄탈륨 및 기타 금속과의 합금에 사용됩니다. 예를 들어 아폴로 달 착륙선의 주 엔진과 같은 액체 로켓 추진기 노즐에 사용되는 합금은 C103으로 89% 니오븀, 10% 하프늄, 1% 티타늄으로 구성됩니다.

하프늄을 소량 첨가하면 니켈 기반 합금에 보호 산화물 스케일의 접착력이 향상됩니다. 이는 특히 벌크 재료와 산화물 층 사이에 열 응력을 유발하여 산화물 스케일을 파괴하는 경향이 있는 주기적인 온도 조건에서 내식성을 향상시킵니다.

마이크로프로세서

하프늄 기반 화합물은 Intel, IBM 등의 45 nm(및 그 이하) 세대 집적 회로에서 절연체로 트랜지스터의 게이트에 사용됩니다. 하프늄 산화물 기반 화합물은 실용적인 고유전율 유전체로서 게이트 누설 전류를 줄여 이러한 규모에서 성능을 향상시킵니다.

동위원소 지구화학

In most geologic materials, zircon is the dominant host of hafnium (>10,000ppm)이며 종종 지질학에서 하프늄 연구의 초점이 됩니다.[77] 하프늄은 지르콘 결정 격자로 쉽게 대체되므로 하프늄 이동성과 오염에 매우 강합니다. 또한 지르콘은 Lu/Hf 비율이 매우 낮아 초기 루테튬에 대한 수정이 최소화됩니다. Lu/Hf 시스템을 사용하여 "모델 연령", 즉 고갈된 맨틀과 같은 특정 동위원소 저장소에서 파생된 시간을 계산할 수 있지만 이러한 "연대"는 다른 모델과 동일한 지질학적 중요성을 갖지 않습니다. 그 결과로서 지구연대학적 기술은 종종 동위원소 혼합물을 산출하고 따라서 그것이 파생된 물질의 평균 연령을 제공합니다.

석류석은 지구 크로노미터 역할을 하는 상당한 양의 하프늄을 함유한 또 다른 광물입니다. 석류석에서 발견되는 높고 가변적인 Lu/Hf 비율은 변성 사건의 연대를 측정하는 데 유용합니다.

기타 용도

내열성과 산소 및 질소에 대한 친화성으로 인해 하프늄은 가스 충전 램프 및 백열등에서 산소 및 질소를 제거하는 데 탁월한 효과가 있습니다. 하프늄은 전자를 공기 중으로 방출하는 능력 때문에 플라즈마 절단의 전극으로도 사용됩니다.

178m2Hf의 높은 에너지 함량은 미국 DARPA 자금 지원 프로그램의 관심사였습니다. 이 프로그램은 결국 위에서 언급한 하프늄의 178m2Hf 핵 이성질체를 사용하여 X선 유발 메커니즘(유도 감마 방출 적용)을 갖춘 고성능 무기를 만드는 것이 비용 때문에 실행 불가능하다는 결론을 내렸습니다. 하프늄 논쟁을 참조하십시오.

하프늄 메탈로센 화합물은 하프늄 테트라클로라이드와 다양한 사이클로펜타디엔 유형 리간드 종으로부터 제조될 수 있습니다. 아마도 가장 간단한 하프늄 메탈로센은 하프노센 이염화물일 것입니다. 하프늄 메탈로센은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 수지 생산에 전 세계적으로 사용되는 4족 전이 금속 메탈로센 촉매의 대규모 컬렉션의 일부입니다[80].

피리딜-아미도 하프늄 촉매는 프로필렌의 제어된 이소선택적 중합에 사용될 수 있으며, 이는 폴리에틸렌과 결합되어 훨씬 더 견고한 재활용 플라스틱을 만들 수 있습니다.

하프늄 디셀레나이드는 전하 밀도 파동과 초전도성 덕분에 스핀트로닉스에서 연구됩니다.