Comment le hafnium a-t-il été découvert ?
La découverte du hafnium
En 1923, le chimiste suédois Hervey et le physicien néerlandais D. Coster ont découvert l'élément hafnium dans des zircons produits en Norvège et au Groenland. Il a été baptisé hafnium. Ce nom vient du nom latin Hafnia à Copenhague. En 1925, Hervey et Coster séparèrent le zirconium et le titane par cristallisation fractionnée de complexes fluorés pour obtenir des sels de hafnium purs, et réduisirent les sels de hafnium avec du sodium métal pour obtenir du hafnium métallique pur. Hervsi a fabriqué plusieurs échantillons de hafnium pur.
En 1998, le professeur Carl Collins de l'université du Texas a affirmé, lors d'une expérience, que le Hf 178 M2 irradié par des rayons gamma pouvait libérer d'énormes quantités d'énergie, cinq ordres de grandeur de plus qu'une réaction chimique, mais trois ordres de grandeur de moins qu'une réaction nucléaire. Hf 178 M2 a la durée de vie la plus longue parmi les isotopes similaires à longue durée de vie : la demi-vie de Hf 178 M2 est de 31 ans, de sorte que sa radioactivité naturelle est d'environ 1,6 trillion de becquerels. Collins indique qu'un gramme de Hf178m2 pur contient environ 1 330 mégajoules, ce qui équivaut à l'énergie libérée par l'explosion de 300 kilogrammes de TNT.
Collins précise que toute l'énergie de cette réaction est libérée sous forme de rayons X ou gamma, ce qui est très rapide, et que le Hf178m2 réagit à de très faibles concentrations. Le Pentagone a alloué des fonds à cet effet. Le rapport signal/bruit de l'expérience était très faible et, depuis lors, aucun scientifique n'a pu obtenir cette réaction dans les conditions revendiquées par Collins, malgré de nombreuses expériences menées par des scientifiques de diverses organisations, dont le DARPA et le JASON Defense Advisory Group, et Collins n'a pas réussi à fournir de preuves solides de son existence. En 2006, Collins a proposé d'utiliser l'émission induite de rayons gamma pour libérer l'énergie du Hf 178m2, mais d'autres scientifiques ont prouvé que c'était théoriquement impossible. Le Hf178m2 est largement considéré comme une source d'énergie dans les milieux universitaires.
Produits et utilisations du hafnium
Comme le hafnium transmet facilement les électrons, il est d'une grande utilité. Utilisé comme cathode pour les tubes à rayons X, le HF et les alliages de w ou de Mo sont utilisés comme électrodes pour les tubes à décharge à haute tension. La cathode et l'industrie de fabrication des filaments de tungstène sont couramment utilisées pour les rayons X. Le hafnium pur est un matériau important dans l'industrie de l'énergie atomique en raison de sa plasticité, de sa facilité de traitement, de sa résistance aux hautes températures et à la corrosion. Le hafnium a une grande section transversale de capture des neutrons thermiques et est un absorbeur de neutrons idéal. Il peut être utilisé comme barre de contrôle et dispositif de protection dans le réacteur nucléaire. La poudre de hafnium peut être utilisée comme hélice pour les fusées. La cathode du tube à rayons X peut être fabriquée dans l'industrie électrique. L'alliage Hf-Ta peut être utilisé comme couche de protection frontale pour les tuyères de fusées et les véhicules de rentrée en vol plané. L'alliage Hf-Ta peut être utilisé comme outil pour l'acier et les matériaux résistants. Le hafnium est utilisé comme élément additif dans les alliages résistants à la chaleur, tels que le tungstène, le molybdène et les alliages de tantale, en ajoutant du hafnium. Le HfC peut être utilisé comme additif pour le carbure cémenté en raison de sa grande dureté et de son point de fusion élevé. Le point de fusion du 4TaCHfC est d'environ 4215 °C, ce qui est le composé ayant le point de fusion le plus élevé. Le hafnium peut être utilisé comme getter pour de nombreux systèmes gonflables. Le getter de hafnium peut éliminer l'oxygène et l'azote dans le système sans gaz. Le hafnium est souvent utilisé comme additif dans l'huile hydraulique pour empêcher la volatilisation de l'huile hydraulique dans les opérations à haut risque. Il possède un fort pouvoir anti-volatilité et est donc généralement utilisé dans les huiles hydrauliques industrielles et médicales.
Les éléments en hafnium sont également utilisés dans les derniers intel45 nanomètres. Comme le dioxyde de silicium (SiO2) peut être fabriqué et qu'il est possible d'en réduire l'épaisseur pour améliorer continuellement les performances des transistors, les fabricants de processeurs utilisent la silice comme diélectrique de grille. Lorsque Intel a introduit le processus de fabrication à 65 nanomètres, l'épaisseur du diélectrique de la grille en dioxyde de silicium a été réduite à 1,2 nanomètres, ce qui équivaut à 5 atomes de couche. Cependant, comme le transistor a été réduit à la taille d'un atome, la difficulté de la consommation d'énergie et de la dissipation de la chaleur a augmenté en même temps, ce qui a entraîné un gaspillage de courant et d'énergie thermique inutile. Par conséquent, si nous continuons à utiliser le courant, celui-ci sera réduit. Le matériau, en réduisant encore l'épaisseur du potentiel de fuite du diélectrique de la grille, augmentera de manière significative, réduisant la technologie des transistors jusqu'à la limite. Afin de résoudre ce problème clé, Intel a officiellement proposé de remplacer le dioxyde de silicium par des matériaux plus épais à haute température (matériaux à base de hafnium) en tant que diélectrique de grille, ce qui a également permis de réduire les fuites de plus de 10 fois. Par rapport à la technologie précédente de 65 nanomètres, le processus de 45 nanomètres d'Intel a presque doublé la densité des transistors, augmenté le nombre total de transistors dans le processeur ou réduit la taille du processeur. En outre, la commutation des transistors nécessite moins d'énergie, ce qui réduit la consommation d'énergie de près de 30 %, et les interconnexions internes utilisent des fils de cuivre avec un diélectrique à faible k.
