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중성자 회절은 특히 오크리지 국립연구소(ORNL)에서 상당한 진전을 이루었는데, 이 연구소는 파쇄 중성자원(SNS)에 7개, 고플럭스 동위원소 원자로(HFIR)에 5개 등 12개의 회절계 세트를 운영하고 있다. 이 장비들은 다양한 응용 분야를 위해 설계되었으며, 분말 회절, 단결정 회절, 첨단 회절 기술의 세 가지 범주로 나뉜다.
중성자 회절 연구를 더욱 강화하기 위해 ORNL은 몇 가지 주요 프로젝트를 수행하고 있다.
이러한 발전은 중성자 회절 기술을 크게 향상시켜 재료 구조에 대한 더 정밀하고 상세한 분석을 가능하게 할 것이다. 연구 역량을 확대하고 중성자 생산 효율성을 높임으로써 이러한 발전은 재료 과학에서 에너지 연구 및 양자 물리학에 이르는 광범위한 과학 분야를 지원할 것이다.
중성자 산란 정보 기술의 현대적 동향.
중성자 회절 기술은 빔 강도 및 장비 효율성 개선에 중점을 두고 빠르게 발전하고 있다. 현대 장비는 더 작고 강력한 빔을 생성하도록 설계되어 더 작은 시료에 대한 고정밀 연구를 가능하게 하며, 이는 신소재 연구에 특히 유용하다. 헬륨-3을 대체할 붕소 기반의 첨단 검출기가 재료 부족 문제를 해결하기 위해 개발되고 있으며, 중성자 스핀 조작 개선은 자기 및 구조적 특성 연구를 향상시킨다. 시뮬레이션 및 가상 장비를 포함한 전산 발전은 중성자원을 최적화하고 실험 설계를 간소화하며 데이터 분석을 위한 기계 학습을 통합하고 있다. 다중화 및 이벤트 기반 획득 시스템은 여러 데이터 세트를 동시에 캡처하여 데이터 수집을 향상시키고 있다. 또한 유럽 파쇄 중성자원(ESS) 및 오크리지의 제2표적 스테이션(STS)과 같은 차세대 파쇄 중성자원은 중성자 생산 효율성을 높이고 있다. 마지막으로 원격 제어 실험 및 자동화의 증가는 중성자 회절 연구의 접근성과 정밀도를 향상시키고 있다.
구조 생물학의 현재 동향.
중성자 회절의 현대적 발전은 데이터 정밀도를 높이고, 구조 연구 응용 분야를 확장하며, 실험 방법론을 개선하고 있다. 핵심적인 초점은 생물학적 고분자 내 수소 원자의 시각화를 개선하는 것으로, 이는 효소 활성 및 수소 결합 연구에 매우 중요하다. 전문 회절계의 확장은 구조 생물학 분야의 접근성을 높였으며, 단색, 준-라우에(quasi-Laue), 비행 시간 방법과 같은 기술은 효율성을 위해 최적화되고 있다. 특히 단백질 중수소화와 같은 시료 준비의 혁신은 배경 잡음을 최소화하고 큰 결정의 필요성을 줄이고 있다. 또한, 양자 화학 모델링을 포함한 인공 지능을 위한 계산 도구는 복잡한 분자 상호 작용의 해석을 돕고 있다. 파쇄 시설과 같은 향상된 중성자원과 첨단 검출기는 측정 정확도와 구조 해상도를 더욱 높이고 있다. 이러한 발전은 중성자 회절을 생물학적 시스템의 분자 구조를 탐구하는 데 중요한 기술로 확고히 하고 있다.
푸르푸릴 알코올(Furfuryl alcohol)은 하이드록시메틸기가 치환된 퓨란을 포함하는 유기 화합물이다. 무색 액체이지만, 오래된 샘플은 호박색으로 보인다. 희미하게 타는 냄새와 쓴맛이 있다. 물과 섞임이 가능하지만 물에 불안정하다. 일반적인 유기 용매에 용해된다.
푸르푸릴 알코올은 옥수수 속대나 사탕수수 바가스와 같은 폐 바이오매스에서 일반적으로 생산되는 푸르푸랄의 수소화에 의해 산업적으로 제조된다. 따라서 푸르푸릴 알코올은 친환경 화학 물질로 간주될 수 있다. 고체산 촉매를 사용하여 자일로스로부터 직접 푸르푸릴 알코올을 생산하는 원팟(one-pot) 시스템이 연구되었다.
비록 순수한 화합물의 공급원은 아니지만, 마이야르 반응은 푸르푸릴 알코올(다른 많은 것들과 함께)을 생성한다.
친전자성 알켄 및 알카인에 대한 딜스-알더 반응 첨가를 포함하여 여러 반응을 거친다. 하이드록시메틸화는 1,5-비스(하이드록시메틸)퓨란을 생성한다. 가수분해는 레불린산을 생성한다. 산, 열 및 촉매 반응제 처리 시 푸르푸릴 알코올은 중합되어 폴리(푸르푸릴 알코올) 수지를 형성할 수 있다. 푸르푸릴 알코올의 수소화는 테트라하이드로퓨란의 하이드록시메틸 유도체와 1,5-펜탄다이올을 생성할 수 있다. 상 이동 촉매의 도움을 받아 액체-액체-액체 삼상 시스템에서 푸르푸릴 알코올과 알킬 또는 아릴 할라이드(예: 벤질 클로라이드)의 에테르화 반응도 보고되었다. 아흐마토비치 반응, 즉 아흐마토비치 재배열 반응에서 푸르푸릴 알코올은 다이하이드로피란으로 전환된다.
수지, 복합 재료.
푸르푸릴 알코올의 주요 용도는 퓨란 수지 합성용 단량체이다. 이 고분자들은 열경화성 고분자 기질 복합 재료, 시멘트, 접착제, 코팅 및 주조/주물 수지에 사용된다. 중합은 산 촉매 폴리콘덴세이션을 포함하며, 일반적으로 검은색의 가교된 제품을 생성한다. 매우 단순화된 표현이 아래에 나와 있다.
낮은 분자량 때문에 푸르푸릴 알코올은 나무 세포에 침투할 수 있으며, 그곳에서 열, 방사선 및 촉매나 추가 반응물에 의해 중합되고 나무와 결합될 수 있다. 처리된 나무(예: "케보니")는 향상된 수분-치수 안정성, 경도, 부패 및 해충 저항성을 갖는다. 촉매에는 염화 아연, 시트르산, 폼산뿐만 아니라 붕산염도 포함될 수 있다.
푸르푸릴 알코올은 로켓에서 백연질산 또는 적연질산 산화제와 접촉 시 자가발화하는 (즉시 활발하게 점화되는) 연료로 사용되었다. 자가발화성 물질의 사용은 점화기의 필요성을 없앤다. 서로 다른 비율의 푸르푸릴 알코올과 아닐린 혼합물은 미국의 MGM-5 코퍼럴 탄도 미사일과 WAC 코퍼럴 및 에어로비 관측 로켓에 사용되었다. 41%의 푸르푸릴 알코올, 41%의 자일리딘 및 18%의 메탄올 혼합물인 퓨랄린은 프랑스에서 SEPR이 개발한 항공기용 실험 로켓 엔진에 사용되었다.
2012년 말, 코펜하겐 서브오비탈스(Copenhagen Suborbitals)는 푸르푸릴 알코올 연료의 산화제로 백연질산을 사용하는 개념 액체 로켓 엔진 스펙트라(Spectra)의 정적 시험을 진행했다.
푸르푸릴 알코올의 반수 치사량은 160 ~ 400 mg/kg (쥐 또는 토끼, 경구) 범위이다.
폴리에테르에테르케톤(Polyether ether ketone, PEEK)은 공학 응용 분야에 사용되는 폴리아릴에테르케톤(PAEK) 계열의 베이지색 유기 열가소성 중합체이다. 1978년 11월에 발명되었으며 1980년대 초 임페리얼 케미컬 인더스트리스(ICI)의 일부에 의해 시장에 출시되었다. PEEK 부문은 경영진 매수(management buyout)를 통해 인수되어 빅트렉스 PLC가 탄생했다.
PEEK 중합체는 비스페놀레이트 염의 디알킬화에 의한 단계 성장 중합으로 얻어진다. 일반적인 반응은 탄산 나트륨으로 탈양성자화하여 그 자리에서 생성된 하이드로퀴논의 이나트륨 염과 4,4'-디플루오로벤조페논의 반응이다. 이 반응은 다이페닐 설폰과 같은 극성 비양성자성 용매에서 약 300°C에서 수행된다.
PEEK는 고온에서도 유지되는 우수한 기계적 및 내화학적 특성을 가진 반결정성 열가소성 플라스틱이다. PEEK를 성형하는 데 사용되는 가공 조건은 결정화도에 영향을 미치고, 따라서 기계적 특성에도 영향을 미칠 수 있다. 영률은 3.6 GPa이고 인장 강도는 90에서 100 MPa이다. PEEK는 약 143°C(289°F)의 유리 전이 온도를 가지며 약 343°C(662°F)에서 녹는다. 일부 등급은 최대 250°C(482°F)의 유용한 작동 온도를 갖는다. 열전도율은 실온과 고상선 온도 사이에서 온도에 따라 거의 선형으로 증가한다. 열 분해에 대한 저항성이 매우 높고, 유기 및 수성 환경 모두에 의한 공격에도 강하다. 할로겐과 강한 브뢴스테드 및 루이스 산, 그리고 일부 할로겐화 화합물과 고온의 지방족 탄화수소에 의해 공격받는다. 상온에서 농축 황산에 용해되지만, 중합체가 미세 분말이나 얇은 필름과 같이 표면적 대 부피 비율이 높은 형태가 아니면 용해되는 데 매우 오랜 시간이 걸릴 수 있다. 생분해에 대한 저항성이 높다.
PEEK는 베어링, 피스톤 부품, 펌프, 고성능 액체 크로마토그래피 컬럼, 압축기 플레이트 밸브, 케이블 절연과 같이 까다로운 응용 분야를 위한 품목을 제작하는 데 사용된다. 이는 초고진공 응용 분야와 호환되는 몇 안 되는 플라스틱 중 하나로, 항공우주, 자동차 및 화학 산업에 적합하다. PEEK는 의료용 임플란트에 사용되며, 예를 들어 신경외과 응용 분야에서 부분적인 두개골 대체물을 만드는 데 사용된다.
PEEK는 척추 유합술 장치 및 보강 막대에 사용된다. 방사선 불투과성이지만, 소수성으로 인해 뼈와 완전히 융합되지 않는다. PEEK 씰 및 매니폴드는 유체 응용 분야에서 일반적으로 사용된다. PEEK는 또한 고온 응용 분야(최대 260°C/500°F)에서도 잘 작동한다. 이러한 특성과 낮은 열전도율 때문에 용융 필라멘트 제작(FFF) 인쇄에서 핫엔드와 콜드엔드를 열적으로 분리하는 데에도 사용된다.
가공 옵션.
PEEK는 대부분의 다른 열가소성 플라스틱에 비해 상대적으로 높은 온도(343°C/649.4°F)에서 녹는다. 녹는점 범위에서 사출성형 또는 압출성형 방법을 사용하여 가공할 수 있다. 과립형 PEEK를 필라멘트 형태로 가공하고 용융 적층 모델링 - FDM(또는 용융 필라멘트 제작 - FFF) 기술을 사용하여 필라멘트 재료로 3D 부품을 인쇄하는 것은 기술적으로 가능하다. PEEK 필라멘트는 의료기기 IIa 등급까지 생산하는 데 사용되었다. 이 새로운 필라멘트를 통해 FFF 방법을 의치와 같은 다양한 의료 응용 분야에 사용할 수 있게 되었다.
고체 상태의 PEEK는 CNC 밀링 머신 등으로 쉽게 가공할 수 있으며, 열적으로 안정하고 전기적 및 열적으로 절연되는 고품질 플라스틱 부품을 생산하는 데 일반적으로 사용된다. 충전된 PEEK 등급도 CNC 가공이 가능하지만, 재료의 응력을 적절하게 관리하기 위해 특별한 주의를 기울여야 한다.
PEEK는 고성능 중합체이지만, 복잡한 생산 공정으로 인한 높은 가격 때문에 가장 까다로운 응용 분야에만 사용이 제한된다.
생체 역학 응용 분야의 형상 기억 PEEK.
PEEK는 전통적으로 형상 기억 고분자가 아니지만, 최근 가공 기술의 발전으로 기계적 활성화를 통해 PEEK에서 형상 기억 거동이 가능해졌다. 이 기술은 정형외과 수술 분야의 응용으로 확대되었다.
공구강(tool steel)은 탄소강 및 특수강의 일종으로, 절삭공구, 금형, 수공구, 나이프 등을 포함한 도구 및 공구류 제작에 특히 적합하다. 이러한 적합성은 고유한 굳기, 마모 및 변형 저항성, 그리고 고온에서 절삭날을 유지하는 능력에서 비롯된다. 결과적으로 공구강은 자르기, 기계가공, 스탬핑, 단금과 같이 다른 재료를 성형하는 데 적합하다.
공구강은 탄소 함량이 0.4%에서 1.5% 사이이다. 기지 내 탄화물의 존재는 공구강의 품질에 중요한 역할을 한다. 공구강에서 탄화물을 형성하는 네 가지 주요 합금 원소는 텅스텐, 크로뮴, 바나듐 및 몰리브데넘이다. 다양한 탄화물이 철의 오스테나이트 형태로 용해되는 속도는 강의 고온 성능을 결정한다 (느릴수록 좋으며, 내열강이 된다). 이러한 강철의 적절한 열처리는 적절한 성능을 위해 중요하다. 망가니즈 함량은 물 담금질 시 균열 가능성을 최소화하기 위해 종종 낮게 유지된다.
공구강은 수경(水硬) 공구강, 냉간 가공 공구강, 내충격 공구강, 고속 공구강, 열간 가공 공구강, 특수 목적 공구강의 여섯 가지 그룹으로 나뉜다. 선택할 그룹은 비용, 작업 온도, 필요한 표면 굳기, 강도, 충격 저항 및 인성 요구 사항에 따라 달라진다. 사용 조건이 가혹할수록(고온, 마모성, 부식성, 부하), 공구강에 필요한 합금 함량과 그에 따른 탄화물 양이 많아진다.
공구강은 금속 및 기타 재료의 절단, 프레스, 압출 및 코이닝에 사용된다. 공구에서의 사용은 필수적이다. 예를 들어 사출 성형 금형은 마모에 대한 저항성 때문에 공구강이 필요하다. 이는 금형 수명 동안 수십만 번의 성형 작업을 가능하게 하는 금형 내구성에 중요한 기준이다.
AISI-SAE 공구강 등급은 다양한 공구강 등급을 식별하는 데 사용되는 가장 일반적인 척도이다. 등급 내 개별 합금에는 번호가 부여된다. 예를 들어, A2, O1 등이다.
수경(水硬) 공구강 그룹.
W-그룹 공구강은 물 담금질을 해야 하는 고유한 특성에서 이름을 따왔다. W-등급 강철은 본질적으로 고탄소 탄소강이다. 이 공구강 그룹은 다른 강철에 비해 저렴하여 가장 일반적으로 사용되는 공구강이다. 고온에 노출되지 않는 부품 및 응용 분야에 적합하며, 이상에서는 눈에 띄게 연화되기 시작한다. 경화능이 낮으므로 W-그룹 공구강은 급속 담금질을 해야 하므로 물을 사용해야 한다. 이 강철은 높은 굳기(66 로크웰 C 이상)를 얻을 수 있으며 다른 공구강에 비해 다소 취약하다. W-강철은 여전히 특히 스프링용으로 판매되지만, 19세기와 20세기 초에 비해 훨씬 덜 널리 사용된다. 이는 부분적으로 W-강철이 오일 담금질 또는 공기 경화 강철보다 담금질 시 훨씬 더 많이 휘어지고 균열이 발생하기 때문이다.
W-그룹 공구강의 인성은 망가니즈, 규소, 몰리브데넘과 합금하여 증가시킨다. 열처리 중 미세 결정립을 유지하기 위해 최대 0.20%의 바나듐이 사용된다.
W-강철에 대한 다양한 탄소 조성의 일반적인 적용 분야는 다음과 같다.
냉간 가공 공구강 그룹.
냉간 가공 공구강은 O 시리즈(유경(油硬) 공구강), A 시리즈(공경(空硬) 공구강), D 시리즈(고탄소-크로뮴)를 포함한다. 이들은 저온에서 재료를 절단하거나 성형하는 데 사용되는 강철이다. 이 그룹은 높은 경화능과 내마모성, 그리고 평균적인 인성과 열 연화 저항성을 가지고 있다. 이들은 경화 시 최소한의 변형이 필요한 대형 부품 또는 부품 생산에 사용된다. 오일 담금질 및 공기 경화를 사용하면 변형을 줄이는 데 도움이 되며, 더 빠른 물 담금질로 인한 높은 응력을 피할 수 있다. 수경(水硬) 공구강 등급에 비해 이 강철에는 더 많은 합금 원소가 사용된다. 이 합금은 강철의 경화능을 증가시켜 덜 가혹한 담금질 공정을 필요로 하며 결과적으로 균열 발생 가능성이 적다. 표면 굳기가 높고 종종 나이프 날을 만드는 데 사용된다. 유경(油硬) 공구강 등급의 피삭성은 높지만 고탄소-크로뮴 유형은 낮다.
유경(油硬) 공구강: O 시리즈.
이 시리즈에는 O1형, O2형, O6형, O7형이 포함된다. 이 그룹의 모든 강철은 일반적으로 에서 경화되고, 오일 담금질한 다음 미만에서 템퍼링된다.
공경(空硬) 공구강: A 시리즈.
최초의 공경(空硬) 공구강은 당시 공경(空硬) 공구강으로 알려졌던 머솃 강이었다.
현대 공경(空硬) 공구강은 높은 크로뮴 함량으로 인해 열처리 중 변형이 적은 것이 특징이다. 가공성이 좋고 내마모성과 인성(즉, D 등급과 내충격 등급 사이)의 균형이 좋다.
고탄소-크로뮴: D 시리즈.
D 시리즈 냉간 가공 공구강은 원래 D2, D3, D6, D7형을 포함했으며, 10%에서 13%의 크로뮴(매우 높은 수준)을 함유한다. 이 강철은 의 온도까지 굳기를 유지한다. 이 공구강의 일반적인 적용 분야에는 단조 금형, 다이캐스팅 금형 블록, 인발 금형 등이 있다. 높은 크로뮴 함량으로 인해 특정 D형 공구강은 종종 스테인리스강 또는 준스테인리스강으로 간주되지만, 대부분의 크로뮴과 탄소 성분이 탄화물로 석출되어 내식성이 매우 제한적이다.
내충격 공구강 그룹.
높은 충격 저항과 우수한 경화능은 크로뮴-텅스텐, 규소-몰리브데넘, 규소-망가니즈 합금으로 제공된다. 내충격 공구강(S)은 저온 및 고온 모두에서 충격에 저항하도록 설계되었다. 필요한 인성을 위해 낮은 탄소 함량(약 0.5% 탄소)이 요구된다. 탄화물 형성 합금은 필요한 내마모성, 경화능 및 열간 가공 특성을 제공한다. 이 강철군은 매우 높은 충격 인성과 상대적으로 낮은 내마모성을 나타내며 58~60 HRC의 상대적으로 높은 굳기를 얻을 수 있다. 미국에서는 인성이 주로 1~2% 규소와 0.5~1% 몰리브데넘 함량에서 비롯된다. 유럽에서는 내충격강이 종종 탄소 와 약 3% 니켈을 포함한다. L6, 4340 및 스웨덴 톱날 강철과 같은 일부 내충격강 및 고강도 저합금강(HSLA)에서는 여전히 1.75%에서 2.75% 범위의 니켈이 사용되지만, 상대적으로 비싸다. 사용 예로는 착암기 비트 생산이 있다.
열간 가공 공구강 그룹.
열간 가공 공구강은 고온에서 재료를 절단하거나 성형하는 데 사용되는 강철 그룹이다. H-그룹 공구강은 고온에 장기간 노출될 때 강도와 굳기를 위해 개발되었다. 이 공구강은 저탄소 및 중고합금강으로, 상당량의 탄화물로 인해 우수한 열간 굳기 및 인성, 그리고 적절한 내마모성을 제공한다. H1에서 H19는 5%의 크로뮴 함량을 기반으로 하며, H20에서 H39는 9-18%의 텅스텐 함량과 3-4%의 크로뮴 함량을 기반으로 한다. H40에서 H59는 몰리브데넘을 기반으로 한다.
예로는 DIN 1.2344 공구강 (H13)이 있다.
양쩌샹(, 1994년 12월 14일 ~ )는 중화인민공화국의 축구 선수로 포지션은 오른쪽 풀백이며 현재 중국 슈퍼리그 상하이 선화 소속이다.
폴리뷰타다이엔(Polybutadiene, [뷰타다이엔 고무])은 합성고무이다. 이는 높은 탄성, 높은 내마모성, 충전제 없이도 좋은 강도를 제공하며, 충전 및 가황 시 우수한 내마모성을 제공한다. "폴리뷰타다이엔"은 단량체 1,3-뷰타다이엔의 중합으로 형성된 동종 중합체에 대한 총칭이다. IUPAC은 폴리뷰타다이엔을 "폴리(뷰타-1,3-다이엔)"으로 지칭한다. 역사적으로, 바이엘이 나트륨을 촉매로 사용하여 독일에서 생산한 초기 합성 폴리뷰타다이엔 고무는 "부나 고무"로 알려져 있었다. 폴리뷰타다이엔은 일반적으로 황과 함께 가교되지만, 비스-벤조페논 첨가제가 배합에 포함될 경우 자외선 경화될 수도 있음이 입증되었다.
폴리뷰타다이엔 고무(BR)는 2020년 전 세계 합성고무 총 소비량의 약 28%를 차지했으며, 스타이렌-뷰타다이엔 고무(SBR)는 단연코 가장 중요한 등급이었다(S-SBR 12%, E-SBR 27%). 이는 주로 생산량의 약 70%를 소비하는 타이어 제조에 사용된다. 나머지 25%는 폴리스타이렌 및 ABS 수지와 같은 플라스틱의 인성(충격 저항)을 개선하기 위한 첨가제로 사용된다. 폴리뷰타다이엔은 또한 골프공 제조, 다양한 탄성 물체 제조 및 높은 전기 저항률을 제공하는 전자 어셈블리 코팅 또는 캡슐화에도 사용된다.
러시아 화학자 세르게이 바실리예비치 레베데프는 1910년에 처음으로 뷰타다이엔을 중합했다. 1926년에는 에탄올로부터 뷰타다이엔을 제조하는 공정을 발명했고, 1928년에는 나트륨을 촉매로 사용하여 폴리뷰타다이엔을 생산하는 방법을 개발했다.
소련 정부는 폴리뷰타다이엔을 천연 고무의 대체재로 사용하기 위해 노력했으며, 1930년에 감자에서 생산된 에탄올을 사용하여 첫 번째 시험 공장을 건설했다. 이 실험은 성공적이었고, 1936년 소련은 석유에서 뷰타다이엔을 얻는 세계 최초의 폴리뷰타다이엔 공장을 건설했다. 1940년까지 소련은 연간 50,000톤으로 단연코 가장 큰 폴리뷰타다이엔 생산국이었다.
레베데프의 연구에 이어, 독일과 미국과 같은 다른 산업화된 국가들은 천연 고무의 대안으로 폴리뷰타다이엔과 SBR을 개발했다.
1950년대 중반에는 촉매 분야에서 큰 발전이 있었고, 이는 개선된 폴리뷰타다이엔 버전의 개발로 이어졌다. 타이어의 주요 제조업체들과 일부 석유화학제품 회사들은 모든 거주 대륙에 폴리뷰타다이엔 공장을 건설하기 시작했다. 이 붐은 1973년 석유 파동까지 지속되었다. 그 이후로 생산 성장률은 주로 극동 지역에 집중되어 더욱 완만해졌다.
독일에서 바이엘 (당시 IG 파르벤 대기업의 일부)의 과학자들은 나트륨을 촉매로 사용하여 레베데프의 폴리뷰타다이엔 생산 공정을 재현했다. 이를 위해 그들은 뷰타다이엔의 Bu와 나트륨(라틴어로 natrium, 독일어로 Natrium)의 Na에서 파생된 Buna라는 상표명을 사용했다. 그들은 이 공정에 스타이렌을 첨가하면 더 나은 특성을 얻을 수 있음을 발견했고, 이 경로를 선택했다. 그들은 Buna-S (S는 스타이렌)라고 명명된 스타이렌뷰타다이엔고무를 발명했다.
비록 굿리치 코퍼레이션이 1939년에 폴리뷰타다이엔 생산 공정을 성공적으로 개발했지만, 미국 연방 정부는 제2차 세계 대전 참전 후 합성 고무 산업을 발전시키기 위해 부나-S 사용을 선택했으며, 이는 스탠더드 오일을 통해 얻은 IG 파르벤의 특허를 이용한 것이었다. 이 때문에 이 시기 미국에서는 폴리뷰타다이엔의 산업적 생산이 거의 없었다.
전후, 천연 고무가 다시 쉽게 구할 수 있게 되면서 수요가 감소하여 합성 고무 생산은 하락세를 겪었다. 그러나 1950년대 중반 치글러-나타 촉매의 발견 이후 관심이 다시 불붙었다. 이 방법은 옛 나트륨 폴리뷰타다이엔보다 타이어 제조에 훨씬 더 나은 것으로 입증되었다. 이듬해 파이어스톤 타이어 앤 러버 컴퍼니는 뷰틸리튬을 촉매로 사용하여 낮은 시스 폴리뷰타다이엔을 처음으로 생산했다.
상대적으로 높은 생산 비용은 1960년 상업적 규모의 생산이 시작될 때까지 상업적 개발에 걸림돌이 되었다. 굳이어 타이어 앤 러버 컴퍼니 및 굿리치와 같은 타이어 제조업체들이 고 시스 폴리뷰타다이엔 공장을 처음으로 건설했으며, 이어서 쉘과 같은 석유 회사 및 바이엘과 같은 화학 제조업체들이 뒤를 이었다.
처음에 미국과 프랑스에 공장을 건설한 파이어스톤은 낮은 시스 폴리뷰타다이엔에 대한 독점권을 누렸으며, 일본과 영국의 공장에 라이선스를 부여했다. 1965년 일본의 JSR 코퍼레이션은 자체적인 낮은 시스 공정을 개발했으며 다음 10년 동안 라이선스를 부여하기 시작했다.
1973년 석유 파동은 합성 고무 생산 성장을 중단시켰고, 기존 공장의 확장은 몇 년 동안 거의 중단되었다. 그 이후로 새로운 공장 건설은 주로 극동의 산업화 국가(예: 대한민국, 타이완, 태국, 중국)에서 이루어졌으며, 서구 국가들은 기존 공장의 용량을 늘리는 것을 선택했다.
1987년에 바이엘은 네오디뮴 기반 촉매를 사용하여 폴리뷰타다이엔을 촉매화하기 시작했다. 그 직후 이니켐(1993)과 페트로플렉스(2002)와 같은 다른 제조업체들도 관련 기술을 도입했다.
2000년대 초, 합성고무 산업은 다시 한번 주기적인 위기 중 하나에 직면했다. 세계 최대 폴리뷰타다이엔 생산 기업인 바이엘은 재정적 손실로 어려움을 겪으면서 대규모 구조조정을 거쳤다. 2002년에서 2005년 사이에 사르니아(캐나다)와 마를(독일)에 있던 코발트-폴리뷰타다이엔 공장을 폐쇄하고, 포르제롬(프랑스)과 오렌지(미국)의 네오디뮴 공장으로 생산을 이전했다. 같은 시기에 합성고무 사업은 바이엘에서 랑세스로 이전되었다. 랑세스는 2004년 바이엘이 화학 사업과 일부 고분자 활동을 분사하면서 설립된 회사이다.
뷰타다이엔의 중합.
1,3-뷰타다이엔은 단순한 공액 다이엔 탄화수소인 유기 화합물이다 (다이엔은 두 개의 탄소-탄소 이중 결합을 가지고 있다). 폴리뷰타다이엔은 많은 1,3-뷰타다이엔 단량체를 연결하여 훨씬 더 긴 중합체 사슬 분자를 형성함으로써 생성된다. 중합체 사슬의 연결성 측면에서 뷰타다이엔은 시스, 트랜스, 비닐의 세 가지 방식으로 중합될 수 있다. 시스 및 트랜스 형태는 뷰타다이엔 분자를 말단 대 말단으로 연결하는 이른바 1,4-중합으로 발생한다. 결과적으로 생성되는 폴리뷰타다이엔 이성질체 형태의 특성은 서로 다르다. 예를 들어, "고 시스" 폴리뷰타다이엔은 높은 탄성을 가지며 매우 인기가 있지만, 이른바 "고 트랜스"는 유용한 응용이 거의 없는 플라스틱 결정이다. 폴리뷰타다이엔의 비닐 함량은 일반적으로 몇 퍼센트 이내이다. 이 세 가지 연결성 외에도 폴리뷰타다이엔은 분지 및 분자량 측면에서 다르다.
중합 중에 형성된 트랜스 이중 결합은 중합체 사슬이 비교적 직선 상태를 유지하도록 허용하여, 중합체 사슬의 부분이 정렬되어 재료 내에 미세 결정 영역을 형성할 수 있게 한다. 시스 이중 결합은 중합체 사슬에 굽힘을 유발하여 중합체 사슬이 정렬되어 결정 영역을 형성하는 것을 방지하며, 이는 더 큰 무정형 중합체 영역을 초래한다. 중합체 내에 상당한 비율의 시스 이중 결합 구성이 있으면 유연한 탄성체 (고무와 같은) 특성을 가진 재료가 생성된다는 것이 밝혀졌다. 자유 라디칼 중합에서는 온도에 따라 시스 및 트랜스 이중 결합이 모두 일정 비율로 형성된다. 촉매는 시스 대 트랜스 비율에 영향을 미친다.
생산에 사용되는 촉매는 폴리뷰타다이엔 제품의 종류에 상당한 영향을 미친다.
고 시스 폴리뷰타다이엔.
이 유형은 높은 시스 비율(일반적으로 92% 이상)과 적은 비닐 비율(4% 미만)을 특징으로 한다. 이는 전이 금속 기반의 치글러-나타 촉매를 사용하여 제조된다. 사용되는 금속에 따라 특성이 약간 달라진다.
코발트를 사용하면 가지 달린 분자가 생성되어 점도가 낮고 사용하기 쉬운 재료가 되지만, 기계적 강도는 상대적으로 낮다. 네오디뮴은 가장 선형적인 구조(따라서 더 높은 기계적 강도)와 98%의 더 높은 시스 비율을 제공한다. 덜 사용되는 다른 촉매로는 니켈과 타이타늄이 있다.
저 시스 폴리뷰타다이엔.
뷰틸리튬과 같은 알킬리튬을 촉매로 사용하면 일반적으로 36%의 시스, 54%의 트랜스, 10%의 비닐을 포함하는 "저 시스"라고 불리는 폴리뷰타다이엔이 생성된다.
낮은 유리 전이 온도에도 불구하고 저 시스 폴리뷰타다이엔은 타이어 제조에 사용되며 다른 타이어 중합체와 혼합되며, 젤 함량이 낮기 때문에 플라스틱의 첨가제로 유리하게 사용될 수 있다.
고 비닐 폴리뷰타다이엔.
1980년, 일본 기업 Zeon의 연구원들은 70% 이상의 고 비닐 폴리뷰타다이엔이 높은 유리 전이 온도를 가짐에도 불구하고 타이어에서 고 시스와 함께 유리하게 사용될 수 있다는 것을 발견했다. 이 재료는 알킬리튬 촉매로 생산된다.
고 트랜스 폴리뷰타다이엔.
폴리뷰타다이엔은 고 시스와 유사한 촉매(네오디뮴, 란타넘, 니켈)를 사용하여 90% 이상의 트랜스 함량으로 생산할 수 있다. 이 재료는 약 80°C에서 녹는 플라스틱 결정(즉, 탄성체가 아님)이다. 이전에는 골프공의 바깥층에 사용되었다. 오늘날에는 산업적으로만 사용되지만, 우베와 같은 회사들은 다른 가능한 응용 분야를 연구하고 있다.
메탈로센 폴리뷰타다이엔.
일본 연구원들은 뷰타다이엔을 중합하기 위해 메탈로센 촉매를 사용하는 것을 연구하고 있다. 그 이점은 분자량 분포와 시스/트랜스/비닐 비율 모두에서 더 높은 제어 수준으로 보인다. 2006년 현재 상업적으로 "메탈로센 폴리뷰타다이엔"을 생산하는 제조업체는 없다.
공중합체.
1,3-뷰타다이엔은 일반적으로 스타이렌 및 아크릴로나이트릴과 같은 다른 종류의 단량체와 공중합되어 다양한 품질의 고무 또는 플라스틱을 형성한다. 가장 일반적인 형태는 스타이렌뷰타다이엔고무 공중합체이며, 이는 자동차 타이어의 상품 재료이다. 또한 블록 공중합체 및 ABS 수지와 같은 강한 열가소성 플라스틱에도 사용된다. 이런 방식으로 좋은 뻣뻣함, 굳기, 인성을 가진 공중합체 재료를 만들 수 있다.
사슬이 모든 반복 단위에 이중 결합을 가지고 있기 때문에, 이 재료는 오존 균열에 민감하다.
2003년 폴리뷰타다이엔의 연간 생산량은 200만 톤이었다. 이는 스타이렌뷰타다이엔고무(SBR)에 이어 부피 기준으로 두 번째로 많이 생산되는 합성고무이다.
고 시스 폴리뷰타다이엔과 저 시스 폴리뷰타다이엔의 생산 공정은 매우 달랐고 별도의 공장에서 수행되었다. 최근에는 저 시스 폴리뷰타다이엔, 고 시스(네오디뮴을 촉매로 사용), SBR 등 가능한 한 많은 종류의 고무를 단일 공장에서 생산하는 방향으로 추세가 바뀌었다.
폴리뷰타다이엔 고무는 단독으로 사용되는 경우가 드물고, 다른 고무와 혼합된다. 폴리뷰타다이엔은 2롤 혼합 밀에서 잘 밴딩되지 않는다. 대신 얇은 폴리뷰타다이엔 시트를 준비하여 따로 보관할 수 있다. 그런 다음 천연 고무를 적절히 반죽한 후, 폴리뷰타다이엔 고무를 2롤 혼합 밀에 추가할 수 있다. 예를 들어 폴리뷰타다이엔을 스타이렌 뷰타다이엔 고무(SBR)와 혼합할 경우 유사한 방법을 채택할 수 있다. *폴리뷰타다이엔 고무는 충격 개질제로 스타이렌과 함께 첨가될 수 있다. 고용량은 스타이렌의 투명도에 영향을 미칠 수 있다.
내부 혼합기에서는 천연 고무 및 스타이렌-뷰타다이엔 고무를 먼저 넣은 다음 폴리뷰타다이엔을 넣을 수 있다.
폴리뷰타다이엔의 가소성은 과도한 반죽으로 인해 감소하지 않는다.
폴리뷰타다이엔의 연간 생산량은 210만 톤(2000년)이다. 이는 스타이렌뷰타다이엔고무(SBR) 다음으로 부피 기준 두 번째로 많이 생산되는 합성고무이다.
폴리뷰타다이엔은 자동차 타이어의 다양한 부분에 광범위하게 사용된다. 타이어 제조는 전 세계 폴리뷰타다이엔 생산량의 약 70%를 소비하며, 그 대부분은 고 시스형이다. 폴리뷰타다이엔은 주로 트럭 타이어의 측벽에 사용되며, 이는 주행 중 지속적인 굴곡으로 인한 피로 파괴 수명을 향상시키는 데 도움이 된다. 결과적으로 타이어는 극한의 서비스 조건에서도 터지지 않는다. 또한 거대 트럭 타이어의 트레드 부분에 사용되어 마모를 개선하고(즉, 마모 감소) 타이어를 비교적 시원하게 유지하는데, 이는 굴곡으로 인한 에너지의 극히 일부만이 열로 변환되기 때문이다. 두 부분 모두 압출성형으로 형성된다.
이 응용 분야에서의 주요 경쟁자는 스타이렌-뷰타다이엔 고무(SBR)와 천연 고무이다. 폴리뷰타다이엔은 SBR에 비해 낮은 유리 전이 온도라는 장점이 있으며, 이는 높은 내마모성과 낮은 구름 저항을 제공한다. 이는 타이어의 긴 수명과 낮은 연료 소비를 가능하게 한다. 그러나 낮은 전이 온도는 젖은 표면에서의 마찰력도 낮추기 때문에 폴리뷰타다이엔은 거의 항상 다른 두 엘라스토머 중 하나와 조합하여 사용된다. 승용차 타이어에는 약 1kg의 폴리뷰타다이엔이 사용되며, 상용차에는 3.3kg이 사용된다.
생산된 폴리뷰타다이엔의 약 25%는 플라스틱의 기계적 특성, 특히 고충격 폴리스타이렌(HIPS)과 어느 정도는 ABS 수지의 기계적 특성을 개선하는 데 사용된다. 폴리스타이렌에 4~12%의 폴리뷰타다이엔을 첨가하면 깨지기 쉽고 섬세한 재료에서 연성이 있고 내구성이 있는 재료로 바뀐다.
이 공정의 품질은 타이어에 사용하는 것보다 플라스틱에 사용하는 데 더 중요하며, 특히 색상 및 젤 함량과 관련하여 가능한 한 낮아야 한다. 또한 식품 산업에서의 사용으로 인해 제품은 건강 요구 사항 목록을 충족해야 한다.
골프공.
대부분의 골프공은 더 단단한 재료 층으로 둘러싸인 폴리뷰타다이엔의 탄성 코어로 만들어진다. 폴리뷰타다이엔은 높은 반발력 때문에 다른 탄성체보다 선호된다.
볼의 코어는 화학 반응을 통해 압축 성형으로 형성된다. 먼저 폴리뷰타다이엔을 첨가제와 혼합한 다음 압출성형, 캘린더링을 거쳐 조각으로 잘라 틀에 넣는다. 틀은 약 30분 동안 고압 및 고온에 노출되는데, 이는 재료를 가황시키기에 충분한 시간이다.
골프공 생산은 연간 약 20,000톤의 폴리뷰타다이엔을 소비한다(1999년).
우라늄 유리 또는 우라늄 글래스(Uranium glass)는 착색을 위해 녹기 전 유리 혼합물에 일반적으로 산화물 이중우라늄산염 형태의 우라늄을 첨가한 유리이다. 그 비율은 일반적으로 미량에서 무게 대비 약 2%까지 다양하지만, 20세기 일부 작품은 최대 25%의 우라늄으로 만들어졌다.
1789년 독일 화학자 마르틴 하인리히 클라프로트에 의해 처음 발견된 우라늄은 곧 형광 효과를 위해 장식용 유리에 첨가되기 시작했다. 제임스 파월의 화이트프라이어스 유리 회사는 영국 런던에서 빛나는 유리를 처음으로 시장에 내놓았지만, 다른 제조업체들도 곧 그 판매 잠재력을 깨닫고 유럽 전역과 나중에는 미국에서도 우라늄 유리를 생산했다.
우라늄 유리는 식기류와 가정용품으로 만들어졌지만, 1940년대부터 1990년대까지 냉전 기간 동안 대부분의 산업에 대한 우라늄 공급이 급격히 줄어들면서 널리 사용되지 않게 되었다. 전 세계 우라늄 공급의 대부분이 핵무기나 원자력에 사용되는 전략물자로 활용되었기 때문이다. 대부분의 우라늄 유리는 이제 골동품이나 레트로 시대 수집품으로 간주되지만, 유리 공예품에서는 약간의 부흥이 있었다. 그 외에는 현대의 우라늄 유리는 주로 비즈나 구슬과 같은 작은 물건으로 과학적 또는 장식적인 진기함으로 한정된다.
우라늄 유리의 일반적인 색상은 금속 이온의 산화수와 농도에 따라 노란색에서 녹색까지 다양하지만, 다른 원소를 유리 착색제로 첨가하여 변경될 수 있다. 우라늄 유리는 또한 자외선 아래에서 밝은 녹색으로 형광을 발한다.
바세린 유리.
우라늄 유리의 가장 흔한 색상은 옅은 황록색인데, 1930년대에는 당시 바세린 브랜드 석유 젤리의 외관과 비슷하다는 인식 때문에 "바세린 유리"라는 별명이 붙었다. 전문 수집가들은 여전히 이 특정 색상의 투명 또는 반투명 우라늄 유리를 바세린 유리로 정의한다.
바세린 유리는 특히 미국에서 모든 우라늄 유리를 지칭하는 동의어로 사용되기도 하지만, 바세린 브랜드 석유 젤리가 노란색이었고 다른 색상은 아니었기 때문에 이러한 사용은 지양된다. 이 용어는 실제 우라늄 함량과 상관없이 일반적인 빛에서 표면적인 외관의 특정 측면에 따라 다른 종류의 유리에 적용되기도 하는데, 우라늄 함량은 블랙라이트 테스트를 통해 특징적인 녹색 형광을 확인해야 한다.
영국과 오스트레일리아에서는 바세린 유리라는 용어가 모든 종류의 반투명 유리를 지칭하는 데 사용될 수 있다.
다른 색상.
우라늄 유리의 몇 가지 다른 일반적인 하위 유형에는 자체 별명이 있다.
"바세린"과 마찬가지로 "커스터드"와 "제이다이트"라는 용어는 우라늄 함량보다는 표면적인 외관을 기준으로 적용되는 경우가 많다. 반대로 "디프레션 글라스"는 대공황 기간 동안 제조된 모든 유리 제품에 대한 일반적인 설명으로, 외관이나 공식과는 무관하다.
우라늄 유리는 과학 유리 불기 작업자들이 '계단형 밀봉(graded seal)'이라고 부르는 여러 중간 유리 중 하나로 사용된다. 이는 일반적으로 텅스텐 및 몰리브데넘 또는 코바르와 같은 니켈 기반 합금과 같은 유리-금속 밀봉에서 금속 밀봉 유리와 낮은 팽창 붕규산 유리 사이의 중간 유리로 사용된다.
고대 사용.
우라늄 유리의 사용은 적어도 기원후 79년으로 거슬러 올라가는데, 이탈리아 나폴리만의 포실리포 곶에 있는 로마 제국 빌라에서 1912년에 발견된 노란색 유리로 만들어진 모자이크에 1%의 산화 우라늄이 포함되어 있었다.
중세 사용.
중세 후기부터 체코의 야히모프(Jáchymov)에 있는 합스부르크 은 광산에서 피치블렌드가 채굴되어 현지 유리 제조 산업에서 착색제로 사용되었다.
현대 사용.
1789년, 마르틴 클라프로트는 우라늄을 발견했다. 그는 나중에 이 원소를 유리 착색제로 사용하는 실험을 했다.
우라늄 유리는 19세기 말과 20세기 초에 인기를 얻었으며, 가장 인기가 많았던 시기는 1880년대부터 1920년대까지였다.
우라늄 유리 제품의 최초 주요 생산자는 일반적으로 오스트리아의 프란츠 자버 리델(Franz Xaver Riedel)로 인정되며, 그는 노란색()과 황록색(독일어: Gelb-Grün) 유리 품종을 자신의 딸 안나 마리아(Anna Maria)를 기려 각각 "안나겔브(annagelb)"와 "안나그륀(annagrün)"으로 명명했다. 리델은 1830년부터 1848년까지 보헤미아의 운터폴라운(Unter-Polaun, 오늘날 돌니 폴루브니)에서 우라늄 유리를 많이 불었다.
1840년대에 들어서면서 많은 다른 유럽 유리 공장들이 우라늄 유리 제품을 생산하기 시작했고 새로운 종류의 우라늄 유리를 개발했다. 바카라 유리공장은 프랑스에서 불투명한 녹색 우라늄 유리를 만들었는데, 그들은 이를 녹색 형태의 칼세도니와 유사하다고 하여 크리소프레이즈라고 명명했다.
19세기 말, 유리 제조사들은 특정 광물 첨가물을 넣은 우라늄 유리를 고온에서 강화하여 다양한 정도의 미세 결정화를 유도할 수 있다는 것을 발견했다. 이는 전통적인 투명한 노란색 또는 황록색에서 불투명한 흰색까지, 점점 더 불투명해지는 다양한 유리를 생산했다. 대공황 시기에는 녹색 유리에 대한 대중적인 선호도에 맞추기 위해 혼합물에 더 많은 산화 철이 첨가되었다. 기술적으로 유리 세라믹인 이 물질은 석유 젤리와 유사한 외관 때문에 "바세린 유리"라는 이름을 얻었다. 기준으로, 펜톤 글라스, 모서 글라스, 깁슨 글라스 및 잭 로랑제와 같은 몇몇 제조업체들이 바세린 유리 전통을 이어가고 있다.
미국의 우라늄 유리 생산은 1942년부터 1958년까지 정부가 맨해튼 계획을 위해 우라늄 공급을 압류하면서 제2차 세계 대전 중반에 중단되었다. 미국 내 규제가 완화된 후, 펜톤과 모서 등 여러 회사들이 우라늄 유리 생산을 재개했지만, 우라늄은 여전히 전략물자로 규제되었다. 냉전 이후 우라늄 유리에 대한 규제는 완전히 해제되었다. 이 기간 동안 많은 오래된 조각들이 자유 시장에 진출했으며, 2000년대까지 소량으로 새로운 조각들이 계속 생산되었다.
리히마키 유리는 제2차 세계 대전 이후 우라늄 유리 디자이너 작품을 생산했다.
우라늄 유리는 충분히 민감한 가이거 계수기로 측정할 경우 자연방사선보다 높은 수치를 기록할 수 있지만, 대부분의 우라늄 유리 조각은 무해하며 방사능이 미미하다고 간주된다. 개인 소장품의 우라늄 유리에 대한 연구에 따르면 유리에서 방출되는 베타 및 감마선 선량률은 대중이나 보존 관리인에게 위험을 초래하지 않는 것으로 나타났다.
화재안전공학(fire protection engineering) 또는 소방공학은 불과 연기의 해롭고 파괴적인 영향으로부터 사람, 재산 및 환경을 보호하기 위해 과학 및 공학 원리를 적용하는 학문이다. 이 분야는 화재 감지, 진압 및 완화에 중점을 둔 공학과 인간 행동 및 화재 대피를 위한 환경 유지를 목표로 하는 화재안전공학을 포함한다. 미국에서는 '화재안전공학'이 종종 '소방 공학'을 포함하는 의미로 사용된다.
화재 공학 분야는 다음을 포함하지만 이에 국한되지는 않는다.
화재안전공학자는 화재의 영향을 예방, 통제 및 완화하는 데 도움이 되는 위험을 식별하고 안전 장치를 설계한다. 화재 공학자는 건축가, 건물 소유주 및 개발자가 건물의 인명 안전 및 재산 보호 목표를 평가하도록 돕는다. 화재 공학자는 또한 세계 무역 센터 붕괴 분석과 같은 매우 대규모 사건을 포함한 화재 조사관으로 고용되기도 한다. NASA는 안전 개선을 위해 우주 프로그램에 화재 공학자를 활용한다. 화재 공학자는 또한 현지 건축 규정 적용을 지원하기 위해 제출된 성능 기반 화재 공학 솔루션에 대한 제3자 검토를 제공하기 위해 고용된다.
화재 공학의 뿌리는 고대 로마로 거슬러 올라가는데, 대규모 화재 이후 네로 황제가 도시를 공간 분리 및 불연성 건축 자재와 같은 수동적 방화 방법을 활용하여 재건하도록 명령했다. 화재 공학 분야는 20세기 초 산업 혁명으로 인해 제기된 새로운 화재 문제에 대응하여 토목, 기계 및 화학공학과는 별개의 독립된 분야로 부상했다. 이 시대의 화재안전공학자들은 대규모 공장, 특히 방직 공장 및 기타 제조 시설을 보호하는 방법을 고안하는 데 집중했다. 이 분야를 조직하고, 관행을 정의하며, 혁신을 지원하기 위한 연구를 수행하려는 또 다른 동기는 19세기 후반에 많은 주요 도시를 휩쓴 대규모 화재 및 도시 화재에 대한 대응이었다(도시 또는 지역 화재 참조). 보험 산업 또한 화재 공학 직업의 발전과 화재 보호 시스템 및 장비 개발을 촉진하는 데 도움을 주었다.
1903년에는 아머 기술 연구소(나중에 일리노이 공과대학교의 일부가 됨)에서 최초의 화재안전공학 학위 프로그램이 시작되었다.
20세기에 들어서면서 여러 대규모 화재가 발생하여 사람과 재산을 화재로부터 더 잘 보호하기 위해 건축 법규가 변경되었다. 화재안전공학이 독자적인 공학 직업으로 부상한 것은 20세기 후반에 이르러서였다. 이러한 부상의 주요 원인은 1950년 이후에 발생한 직업에 특화된 "지식 체계"의 발전이었다. 직업 성장에 기여한 다른 요인으로는 1918년 영국에서 설립된 화재 공학자 협회(Institution of Fire Engineers)와 1950년 미국에서 설립된 화재안전공학자 협회의 시작, 독립적인 화재 안전 컨설팅 공학자의 출현, 그리고 화재 안전을 위한 공학 표준의 공포 등이 있다.
화재 공학자들은 다른 공학 및 과학 분야의 동료들과 마찬가지로 역량을 습득하고 유지하기 위해 정식 교육 과정과 지속적인 전문 개발을 이수한다. 이 교육은 일반적으로 수학, 물리학, 화학 및 기술 작문과 같은 기초 학문을 포함한다. 전문 공학 연구는 학생들에게 재료과학, 정역학, 동역학, 열역학, 유체동역학, 열전달, 경제성공학, 윤리학, 공학 시스템, 신뢰성 공학, 환경심리학에 대한 숙련도를 습득하는 데 중점을 둔다. 연소, 확률론적 위험 평가 또는 위험관리, 소방 설비 설계, 화재 경보 시스템, 건물 화재 안전, 모델 건축법규의 적용 및 해석, 화재 현상 측정 및 시뮬레이션에 대한 연구가 대부분의 커리큘럼을 완성한다.
뉴질랜드는 화재 안전과 관련하여 성능 기반 평가 방법을 건축 법규에 도입한 세계 최초의 국가 중 하나였다. 이는 1991년 건축법 도입과 함께 이루어졌다. 캔터베리 대학교의 앤디 버캐넌 교수는 1995년에 뉴질랜드 최초이자 당시 유일한 화재안전공학 대학원 과정을 설립했다. 이 과정에 지원하려면 공학 학사 학위 또는 제한된 과학 과정 목록에서 학사 학위가 최소 자격 요건이다. 캔터베리 대학교의 저명한 동문으로는 어니스트 러더퍼드, 로버트 (밥) 파크, 로이 커, 마이클 P. 콜린스, 그리고 존 브리튼이 있다. 캔터베리 대학교의 화재 공학 석사 학위는 워싱턴 협약에 따라 인정된다.
미국에서는 메릴랜드 대학교 (UMD)가 ABET 인증을 받은 화재안전공학 학사 학위 프로그램과 함께 대학원 학위 및 원격 석사 학위 프로그램을 제공한다. 우스터 폴리테크닉 대학 (WPI)은 화재안전공학 석사 및 박사 학위뿐만 아니라 이 분야의 온라인 대학원 프로그램(석사 및 대학원 인증)을 제공한다. 2011년 기준, 캘 폴리는 화재안전공학 석사 학위를 제공한다. 오클라호마 주립대학교는 ABET 인증을 받은 화재 안전 및 방재 공학 기술 학사 학위(1937년 설립)를 제공하며, 이스턴 켄터키 대학교 또한 ABET 인증을 받은 화재 안전 및 방재 공학 기술 학사 학위를 제공한다. 케이스 웨스턴 리저브 대학교의 케이스 공과대학은 화재 과학 및 공학 석사 학위 과정을 제공하며, 뉴헤이븐 대학교는 화재안전공학 학사 학위를 제공하고, 신시내티 대학교는 화재 과학 준학사 학위와 화재 및 안전 공학 기술 학사 학위를 원격 학습 옵션으로 제공한다. 이는 미국과 캐나다에서 이러한 구별을 가진 유일한 대학교이다. 캔자스 대학교, 일리노이 공과대학교, 캘리포니아 대학교 버클리, 캘리포니아 대학교 샌디에이고와 같은 다른 기관들도 이스턴 켄터키 대학교 및 텍사스 대학교 오스틴과 같은 다른 기관들도 화재안전공학 또는 기술 과정을 제공하고 있거나 제공했었다.
캐나다에서는 요크 대학교와 워털루 대학교에서 화재 공학 프로그램을 운영하고 있다.
최종 소방 스프링클러 시스템 설계 및 수리 계산은 일반적으로 북미 전역의 계약 회사에서 사내 교육을 받은 설계 기술자가 수행하며, NICET (National Institute for Certification in Engineering Technologies)와 같은 협회의 시험을 통한 인증을 위해 설계자를 준비시키는 것을 목표로 한다. NICET 인증은 소방 보호 시스템을 설계하고 설치하기 위한 면허를 확보하는 데 필요한 역량 증명으로 일반적으로 사용된다.
미국에서는 NICET 레벨 III 및 IV와 같은 인증은 상업 및 산업 시설을 포함한 다양한 건물 유형에 대한 자동 스프링클러 및 화재 경보와 같은 복잡한 시스템 설계 전문성을 입증하기 위해 소방 기술자가 종종 추구한다. 이러한 인증은 코드 준수 설계에 대한 실습 기술을 강조함으로써 정식 학위를 보완한다.
유럽에서는 에든버러 대학교가 화재 공학 학위를 제공하며 1970년대에 첫 화재 연구 그룹을 설립했다. 이러한 활동은 현재 새로운 BRE 화재안전공학 센터에서 수행되고 있다. 리즈 대학교는 화재 및 폭발 공학 석사 학위를 독특하게 제공한다.
화재 공학 분야에서 활동하는 다른 유럽 대학교들은 다음과 같다.
얼스터 대학교는 1975년에 첫 화재 안전 프로그램을 도입했으며, 이어서 1990년에는 영국 최초의 화재안전공학 석사 프로그램을 도입했다. 2005년에는 이 석사 프로그램이 고등 화재안전공학 교육에 25년 동안 지속적으로 기여한 것을 기념할 예정이다. 2004년에 얼스터 대학교 화재안전공학 및 기술 연구소(FireSERT)는 6백만 파운드 규모의 인프라 지원을 받아 새로운 화재안전공학 실험실에 입주했다. 이 새로운 시설은 대규모 연소실과 10메가와트 열량계를 포함하는 최첨단 화재안전공학 실험실이다.
오스트레일리아에서는 멜버른의 빅토리아 대학교와 웨스턴 시드니 대학교가 건물 화재 안전 및 위험 공학 대학원 과정을 제공한다. 환경 안전 및 위험 공학 센터(CESARE)는 빅토리아 대학교 산하 연구 기관으로, 화재 행동 연구 및 시험 시설을 갖추고 있다. 찰스 다윈 대학교와 퀸즐랜드 대학교는 활발한 프로그램을 운영하고 있다.
화재 공학 분야에서 활동하는 아시아 대학교로는 홍콩 폴리테크닉 대학교, 도쿄 이과대학, 도요하시 기술과학대학교, 중국 과학기술대학교 등이 있다.
전문 등록.
적격하고 경험이 풍부한 화재안전공학자는 전문 공학자로 등록할 자격을 얻을 수 있다. 화재안전공학을 별도의 분야로 인정하는 것은 미국의 주마다 다르다. NCEES는 화재안전공학을 별도의 분야로 인정하고 PE 시험 과목을 제공한다. 이 시험은 2012년 10월 시험을 위해 마지막으로 업데이트되었으며 다음 주요 주제(비율은 주제의 대략적인 비중을 나타냄)를 포함한다.
미국 이외의 몇몇 국가들은 화재안전공학의 전문적인 관행을 규제하지 않지만, 이 분야와 관련된 '엔지니어'라는 칭호 사용을 제한할 수 있다.
미국 이외의 지역, 특히 영국과 영국 소방 서비스의 영향을 받은 영연방 국가에서는 '화재 엔지니어' 및 '화재 안전 엔지니어'라는 칭호가 선호되는 경향이 있다.
화재 공학자 협회는 화재 공학자의 훈련 및 자격의 여러 측면을 자격화하고 공인 지위를 부여할 수 있는 권한을 가진 국제 기관이다.
신경공학(neural engineering)은 의공학 내의 한 분야로, 공학 기술을 사용하여 신경계를 이해하고, 복구하고, 대체하거나 강화하는 학문이다. 신경공학자들은 살아있는 신경 조직과 비생체 구조 사이의 접점에서 설계 문제를 해결하는 데 독보적인 자격을 갖추고 있다.
신경공학 분야는 계산신경과학, 실험 신경과학, 신경과, 전기공학 및 살아있는 신경 조직의 신호 처리 분야를 활용하며, 로봇공학, 사이버네틱스, 컴퓨터 공학, 신경 조직 공학, 재료과학, 나노 기술의 요소를 포함한다.
이 분야의 주요 목표는 정량적 방법론과 공학적 관행에 중점을 두어 신경계와 인공 장치 간의 직접적인 상호작용을 통해 인간 기능의 복원 및 증강이다. 다른 주요 목표로는 더 나은 신경 영상 능력과 정량적 데이터를 통한 신경 이상 해석이 포함된다.
현재 많은 연구는 감각계 및 운동피질 시스템에서 정보의 코딩 및 처리를 이해하고, 병리적 상태에서 이 처리가 어떻게 변형되는지 정량화하며, 뇌-컴퓨터 인터페이스 및 신경보철을 포함한 인공 장치와의 상호작용을 통해 어떻게 조작될 수 있는지에 초점을 맞추고 있다. 다른 예로는 경피 신경 자극 기계를 통해 뇌에 전기 자극을 보내어 절단 환자의 정상적인 감각 입력을 복원할 수 있는 신경 형태 인코딩이 있다. 또한, 근육의 의도를 더 잘 이해하기 위해 신경공학자들은 근전도를 통한 패턴 인식을 통해 근전도 디코딩을 사용한다.
다른 연구는 외부 기술과 연결된 신경 임플란트의 사용을 포함하여 실험을 통한 조사에 더 집중한다.
신경수력학은 신경계의 수력학에 초점을 맞춘 신경공학의 한 분야이다.
전통 로마 및 이집트 의학은 수천 년 전부터 신경계를 복구하고 강화하기 위해 인공 신경조절 방법을 사용했다. 그들은 치료 목적으로 동물의 전기적 특성을 사용했다. 사카라에 있는 건축가 티의 무덤에 있는 프레스코화 해석에 따르면, 이집트인들은 나일 메기(Synodontis batensoda 및 Malapterurus electricus)를 사용하여 조직을 전기적으로 자극했다. 통증 완화를 위한 전기 자극의 첫 기록된 사용은 기원후 46년으로 거슬러 올라가는데, 고대 로마 제국의 스크리보니우스 라르구스가 두통 완화를 위해 토르페도 어류의 전기적 특성을 사용했다.
의료 치료에 전기 도구의 첫 적용은 1767년 런던 미들섹스 병원에서 기록되었다.
신경공학의 기원은 이탈리아 물리학자이자 생물학자인 루이지 갈바니로부터 시작된다. 갈바니는 에밀 뒤 부아-레이몽과 같은 선구자들과 함께 신경과 근육의 전기 신호가 움직임을 제어한다는 것을 발견했으며, 이는 뇌의 전기적 본질에 대한 첫 번째 이해를 나타낸다.
1800년, 알레산드로 볼타는 왕립학회에 50볼트의 전압을 머리에 가했을 때 불쾌한 끓는 소리를 들었다고 보고했다. 이것은 인간 청각 시스템에 대한 전기 자극의 첫 번째 실험이었다.
1924년, 독일 생리학자이자 정신과 의사인 한스 베르거 (1873-1941)는 뇌의 전기 활동 (뇌파라고 불림)과 특히 알파파 리듬을 발견했다. 그는 인간 뇌전도를 발명했다.
1920년대에 이 분야는 당시에는 불가능했던 결과를 과도하게 약속하는 등 터무니없는 주장으로 인해 신뢰도가 떨어졌다. 그러나 1956년 트랜지스터가 발명되면서 이 분야는 다시 활성화되었다. 트랜지스터는 처음으로 체내 전기 자극을 가능하게 했는데, 이는 과거의 외부 자극 방식보다 훨씬 더 정확하고 덜 강렬한 효과를 가졌다. 이 초기 발견은 신경공학의 현재를 정의하는 수십 년간의 혁신으로 이어졌다. 인공와우, 심박 조율기, 천골 신경 자극기, 척수내 자극기, 척수 경막외 자극기 등이 이 시기에 개발되어 1990년대 신경공학을 의학의 최전선으로 이끌었다.