Come è stato scoperto l'afnio
La scoperta dell'afnio
Nel 1923, il chimico svedese Hervey e il fisico olandese D. Coster scoprirono l'elemento afnio negli zirconi prodotti in Norvegia e Groenlandia. L'elemento fu chiamato afnio. Il nome deriva dal nome latino Hafnia di Copenaghen. Nel 1925, Hervey e Coster separarono lo zirconio e il titanio mediante cristallizzazione frazionata di complessi fluorurati per ottenere sali puri di afnio e ridussero i sali di afnio con sodio metallico per ottenere afnio metallico puro. Hervsi ha realizzato diversi campioni di afnio puro.
Nel 1998, il professor Carl Collins dell'Università del Texas, in un esperimento, ha affermato che l'Hf 178m2 irradiato dai raggi gamma può rilasciare enormi quantità di energia, cinque ordini di grandezza superiori a una reazione chimica, ma tre ordini di grandezza inferiori a una reazione nucleare. L'Hf 178 M2 ha la vita più lunga tra gli isotopi simili a lunga vita: il tempo di dimezzamento dell'Hf 178 M2 è di 31 anni, quindi la sua radioattività naturale è di circa 1,6 trilioni di becquerel. Collins riferisce che un grammo di Hf178m2 puro contiene circa 1330 megajoule, che equivalgono all'energia rilasciata dall'esplosione di 300 chilogrammi di TNT.
Collins riferisce che tutta l'energia di questa reazione viene rilasciata sotto forma di raggi X o gamma, che sono molto veloci, e che l'Hf178m2 reagisce a concentrazioni molto basse. Il Pentagono ha stanziato fondi a questo scopo. Il rapporto segnale/rumore dell'esperimento era molto basso e da allora nessuno scienziato è stato in grado di ottenere questa reazione nelle condizioni sostenute da Collins, nonostante i numerosi esperimenti condotti da scienziati di varie organizzazioni, tra cui DARPA e JASON Defense Advisory Group, e Collins non è riuscito a fornire prove solide della sua esistenza. Nel 2006, Collins ha proposto di utilizzare l'emissione indotta di raggi gamma per rilasciare energia dall'Hf 178m2, ma altri scienziati hanno dimostrato che è teoricamente impossibile. L'Hf178m2 è ampiamente considerato una fonte di energia nel mondo accademico.
Prodotti e usi dell'afnio
Grazie alla facilità di trasmissione degli elettroni, l'afnio è di grande utilità. Utilizzato come catodo per i tubi a raggi X, l'HF e le leghe di w o Mo sono utilizzate come elettrodi per i tubi a scarica ad alta tensione. L'industria manifatturiera dei catodi e dei filamenti di tungsteno è comunemente utilizzata per la produzione di raggi X. L'afnio puro è un materiale importante nell'industria dell'energia atomica grazie alla sua plasticità, alla facilità di lavorazione, alla resistenza alle alte temperature e alla resistenza alla corrosione. L'afnio ha un'ampia sezione d'urto per la cattura dei neutroni termici ed è un assorbitore ideale di neutroni. Può essere utilizzato come barra di controllo e dispositivo di protezione nel reattore nucleare. La polvere di afnio può essere utilizzata come elica per i razzi. Il catodo del tubo a raggi X può essere prodotto nell'industria elettrica. La lega Hf-Ta può essere utilizzata come strato protettivo anteriore per gli ugelli dei razzi e per i veicoli di rientro a vela. La lega Hf-Ta può essere utilizzata come utensile per acciaio e materiale resistente. L'afnio nelle leghe resistenti al calore è utilizzato come elemento additivo, come le leghe di tungsteno, molibdeno e tantalio, con l'aggiunta di afnio. L'HfC può essere utilizzato come additivo per il carburo cementato grazie alla sua elevata durezza e all'alto punto di fusione. Il punto di fusione del 4TaCHfC è di circa 4215 C, il composto con il punto di fusione più alto. L'afnio può essere utilizzato come getter per molti sistemi gonfiabili. Il getter di afnio può rimuovere l'ossigeno e l'azoto nel sistema senza gas. L'afnio è spesso utilizzato come additivo nell'olio idraulico per prevenire la volatilizzazione dell'olio idraulico in operazioni ad alto rischio. Ha una forte antivolatilità, per cui viene generalmente utilizzato nell'olio idraulico industriale e medico.
Gli elementi di afnio sono utilizzati anche negli ultimi nanometri intel45. Poiché il biossido di silicio (SiO2) è producibile e può essere ridotto di spessore per migliorare continuamente le prestazioni dei transistor, i produttori di processori utilizzano la silice come materiale dielettrico di gate. Quando Intel ha introdotto il processo produttivo a 65 nanometri, lo spessore del dielettrico della griglia in biossido di silicio è stato ridotto a 1,2 nanometri, equivalente a 5 strati di atomi. Tuttavia, quando il transistor è stato ridotto alle dimensioni di un atomo, la difficoltà di consumo di energia e di dissipazione del calore è aumentata allo stesso tempo, con conseguente spreco di corrente e di energia termica non necessaria. Pertanto, continuando a utilizzare la corrente, questa si ridurrà. Il materiale, riducendo ulteriormente lo spessore del dielettrico di gate, aumenterà significativamente il potenziale di perdita, riducendo la tecnologia dei transistor al limite. Per risolvere questo problema fondamentale, Intel ha proposto formalmente di sostituire il biossido di silicio con materiali ad alto tenore di K (materiali a base di afnio) come dielettrico di gate, riducendo con successo le perdite di oltre 10 volte. Rispetto alla precedente tecnologia a 65 nanometri, il processo a 45 nanometri di Intel ha quasi raddoppiato la densità dei transistor, aumentato il numero totale di transistor nel processore o ridotto le dimensioni del processore. Inoltre, la commutazione dei transistor richiede meno energia, riducendo il consumo energetico di quasi il 30%, e le interconnessioni interne utilizzano fili di rame con dielettrico a bassa K.
