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授業科目概要

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授業科目概要

専門教育科目

学科共通科目

授業科目 概要
環境材料工学概論 新入生を対象に環境材料工学の概要を平易に解説する。
今後の社会においては環境の保全に注意をはらい持続可能な循環社会を構築することが必須とされている。
その実現のためには、自然との共生を可能にする環境調和材料、省エネルギーや省資源に役立つナノ構造体や高機能電子材料、環境保全に役立つ廃棄物処理技術や資源リサイクル技術、クリーンで高効率のエネルギーシステムやエネルギー関連材料などが注目されている。
これらのトピックスについてそれぞれ専門の教授陣が初心者にも理解できる易しい言葉で解説する。
材料物性基礎 材料の種々の特性はその結晶構造や構成原子の性質に由来している。
したがって、原子的なレベルで材料を見る目を養うことは、これから材料について学ぶうえで大切である。
この講義では、材料工学の最も基礎である結晶学の基礎、結晶格子欠陥、固体内の原子拡散、材料の構造と性質について平易に解説する。
材料化学基礎 材料化学に関連する部分の基礎をわかりやすく説明する。
内容は、錬金術から近世までの科学のあゆみ、原子と原子構造、周期律表、化学結合の種類と物性、物質の状態(気体、液体、溶液、コロイド状態、固体)、酸・塩基と酸化・還元についてである。
固体の科学 材料は種々のシステムの構成要素としての機能をもっている。
本講義では、材料のもつ種々の機能を紹介するとともに、磁性材料や半導体材料などの具体的な材料についてとりあげ、その機能の原因となっている材料の構造や物性について理解する。
無機構造化学 結晶構造と物性の多様性を、化学結合の違いから理解するとともに、結晶の諸物性を研究するための有力な手段としての結晶学と結晶化学を習得する。
熱力学の立場から、固体の化学反応や反応の進行度などの「巨視的性質」と、相転移にともなう原子の再配列や格子欠陥同士の相互作用などの「微視的性質」を明らかにしていく。

セラミックス系プログラム

基本科目
授業科目 概要
固体熱力学 セラミックスを合成・評価するために不可欠な固体の熱力学、相律および相平衡状態図の概念をわかりやすく解説する。
さらに無機化合物に関する相図の構成や読解法の理解を深めるために、二成分系と三成分系平衡状態図についての演習を行う。
材料量子力学 持続可能な社会形成のための環境を意識した材料の開発研究においては、従来にない全く新しい機能やより高機能性を持った先進材料の創成が強く求められている。
このためには、ミクロな領域での原子、分子の挙動を十分理解し、材料設計に反映させることが不可欠である。
本講義の目的は、そのための基礎として、量子の概念と原子・分子の挙動を記述する量子力学手法を学ぶことにある。
本講義を通して、電子が主役となる簡単なモデルや水素原子に対し波動方程式を立て、解を得ることのできる能力を身につけることを目標とする。
セラミックス物性科学 セラミックスは、金属と非金属元素、一部を除いて非金属元素の多種多様の組合せにより構成され、化学結合性・材料組織とそれに密接に関連した固体物性を示す。
講義では、構成原子間の化学結合の基本を出発点とし、セラミックス材料の電子伝導、半導性、比熱や熱伝導特性を解説する。
また、電気分極に起因する誘電特性、光学特性の学術体系を概観し、遷移金属・希土類元素の関わる磁気的特性の入門となるように構成されている。
セラミックスプロセッシング セラミックスの製造プロセスを理解して、セラミックス材料の開発研究に必要な基礎知識を身につけることを目的とする。
具体的には、粉末冶金法によるセラミックス製造プロセスについて、各単位プロセス、およびこれらのプロセス間の相互関係について講義する。
また、有機前駆体を用いたケミカルプロセスを利用したセラミックスの製造法(前駆体法)の基礎を講義する。
これらの講義を通じて、粉末冶金法、および前駆体法のそれぞれの利点を理解することを達成目標とする。
セラミックス結晶学 セラミックスの研究開発において、結晶構造・原子の配列は、材料設計の重要な指針である。結晶の対称性に重点を置いて講義し、International Tables for Crystallographyの空間群の図を読めるようにする。
機能性セラミックスの物性と対称性の相関を学ぶと共に、材料研究の原点である鉱物学のエッセンスを学ぶ。
学生をグループに分け、授業の始めに発表して貰い、教官が補足をし、講義を行う。
準基本科目
授業科目 概要
相平衡論 相平衡状態図の誕生から100年以上経つ。
先人の膨大なデータのお陰で、簡単な2つあるいは3つの成分物質(構成物)が同時に存在した場合、温度と組成比によりどんな状態(固相か液相か、また固液それぞれの成分比)にあるのかを簡単に読み解くことができる。その読み解き方を学ぶ学問です。
金属、セラミック スなど高温材料を学ぶ所君には欠くべからざる学問といえる。
セラミックス材料組織学 セラミックスの組織制御を行う場合、必要な特性がセラミックスの原子結合に依存する性質か、あるいは局所的に存在する他原子、欠陥、不純物等に依存する性質かにより工学的な取り扱い方が異なる。
ここでは、製造工程による組織制御を検討した上で、欠陥等に強く依存する強度、破壊靱性と欠陥にあまり依存しない熱特性とに分けて議論し、その出現あるいは改善の機構や原理を考える。
後半は、応用例としてセラミックス基複合材料、多孔質材料、傾斜機能材料を取り上げ解説する。
セラミックス反応速度学 セラミックス製造において重要な高温処理過程での焼結ならびに各種固体反応について、実際に実験データを収集して解析する方法を身に付けるため、速度学を学ぶ。
はじめに、熱力学、相平衡論を基礎として、物理化学の基礎知識を適宜学び、焼結・固体反応の駆動力、表面・界面での張力(自由エネルギー)の働きを理解する。
次に、原料粉末中の粒子径、表面・界面物性、固体内拡散が焼成間の諸現象の速度則に与える寄与を理解する。
固体電子物性 エレクトロニクスにおけるセラミックスの役割、および電子物性より見たセラミックス独特の機能と特徴を概観し、最先端の電子セラミックスの理解に不可欠なセラミックス結晶中および結晶粒界での電気伝導性、磁性、誘電性、および熱的・光学的性質などの基本物性をミクロな立場より平易に解説する。
また、これらの機能性を用いたエレクトロニクス応用の実際を適宜紹介し、上記講義内容の一層の理解を図る。
アモルファス材料科学 ガラスを主としたアモルファス材料について、その生成速度論、および、その構成イオンの化学結合論の両面から理解し、特徴的な性質や可能性について学ぶ。
結晶とアモルファスの違い、アモルファス状態・構造、アモルファス作製法、分相・結晶化をとりあげ、アモルファス材料の基礎と応用について理解を深めた上、現状と将来への期待を展望する。
展開科目
授業科目 概要
セラミックス材料解析 物質系から化学情報(化学組成・存在状態)を抽出することは、新機能創成・高機能化に不可欠である。
セラミックス表面及び内部を観察・分析する手法の原理と利用について理解する。
学生実験で使用する機器分析装置の原理と用法、技術イノベーションに重要な分析機器についてもいくつか紹介して、次年度の卒業研究に備える。
セラミックス材料強度学 セラミックスは脆性材料である。脆性材料に転位は生じにくい。
これは延性材料である金属と大きく異なる点である。
ここでは、材料をセラミックスに限定して、材料の破壊現象、き裂進展挙動、破壊靱性とき裂先端損傷域の関係、破壊のクライテリオン、疲労破壊、熱衝撃破壊等について学ぶ。
セラミックス界面化学 物質の表面・界面現象について知るととともに、それらを物理化学的な基礎の上に理解できるようにする。
講義内容は、
①基礎界面化学:表面・界面の定義、表面エネルギー、表面構造、吸着、気体の等温吸着、吸着の理論、界面活性剤の分子構造、溶液、膜とミセル
②コロイド化学:電気二重層、電気泳動、粒子分散・凝集とその制御
③セラミックスへの応用:スラリー、吸着剤、触媒、セラミックス粒界構造、トピックス紹介
である。
セラミックスデザイン セラミックスの電子構造、欠陥構造、結晶構造、微構造等に関して、量子論に始まりデバイス評価に至るナノ・ミクロ・マクロ階層的構造解析評価について概説する。
また、それらに基づいたコンピュータシミュレーション、構造設計、材料設計、デバイス設計等を含め、セラミックスデザインに関する講義を行う予定である。
エネルギー・情報セラミックス 本講義の目的は近年の進歩・発展が著しい、エネルギー及び情報に関係するセラミックスを中心とする各種材料について理解することにある。
講義の達成目標は、エネルギー・情報関連材料の設計・開発・製造に必要となる基礎知識と考え方を習得することである。
講義では、エネルギーをつくる、エネルギーをつかう、情報をつたえる、情報をしらせる、情報をまもるといった観点から材料を整理し、各材料の構造、物性、生産、作動原理等について概説する。
機能性ハイブリッド材料 セラミックス材料の電磁気的特性及び光学的特性に関して、結晶構造や微構造との関係を含め、基礎知識を習得する。その上で、セラミックスを基幹物質としたエレクトロセラミックコンポジット、ナノコンポジット、傾斜機能材料、有機・無機・金属が融合したハイブリッドマテリアルについて、その機能設計、合成、応用について学ぶ。
講義では、ビデオや実物を使って理解を深める。
高温環境セラミックス 耐火物に代表される高温材料の技術革新は、近年、きわめて急激である。
また、環境問題は複合的な現象が関わるものであり、多種・多様な材料の開発が要求される。
本講義では、まず、高温材料として必要とされる物性、高温反応における熱力学、相平衡を学ぶ。
次に、①材料組織学、②反応速度学を基礎として、高温構造材料の開発の基本的な手法を学び、広い用途に対応する高温環境セラミックス開発に従事するための応用力を養う。
環境調和セラミックス 社会基盤整備に必要不可欠な大型構造材料のポルトランド・セメントについて、主要化合物の特異な水和反応による硬化作用、セメント構造物の耐久性に関連する硬化組織ならびに強度発現や劣化機構などについて解説し、コンクリート廃材による炭酸ガス固定や再資源化など環境低負荷への適応を含め、セメントの造り方と使い方を材料化学的見地から講述する。
バイオマテリアル 超高齢社会を迎え、Quality of Life(QOL)向上のための諸策が急務になっている。
バイオマテリアルは失われた機能を回復させQOLを向上させるために極めて重要である。
中でも、人工骨や人工歯などのニーズが増大しており、セラミックス・金属・ポリマー・ハイブリッドなど多種多様な材料が必要となってきている。
本講では、セラミックスを中心に、材料の化学的性質、表面構造制御、微構造制御を駆使してはじめて発現する機能としてバイオマテリアルをとらえ、その基礎から応用までを理解する。
固体イオニクス 正負のイオンで構成される無機化合物の固体は動きが全くない静かなイメージを抱かせますが、これは正確ではありません。
結晶構造や化学結合を適切に制御することで、固体内部をイオンが動き回る固体電解質になります。
このような材料は、燃料電池・蓄電池、センサーなどの先端デバイスの中核であり、現在も研究開発が最も活発な分野の一つです。
本講では、固体内でイオンが動き回る現象について、結晶内にできる不完全性 —欠陥— という考え方を出発点にして、物理化学的視点から系統的に講述します。
実験・演習科目
授業科目 概要
セラミックス工学演習Ⅰ 学生実験や卒業研究に必要な知識・技能を習得することを目的とし、「科学英語」、「データ処理」、「実験計画法」に関する演習をおこなう。
セラミックス工学演習Ⅱ 理論を実際の問題に適用する能力を高めることを目的とし、「平衡と反応」、「X線回折法」、「スペクトル解析」に関する演習をおこなう。
セラミックス工学実験Ⅰ セラミックス粉末・焼結体・ガラス等を対象材料とし、セラミックスの合成を行い、合成プロセスにおける基本的な試料の取り扱い方および実験操作を習得する。
さらに、「粉体特性」、「熱物性」、「力学特性」、「組織観察」および「構造解析」において、セラミックスの評価を行い、レポート作成を通じて観察力および考察力の向上を目指す。
セラミックス工学実験Ⅱ セラミックス工学実験Ⅰをさらに発展させて、最新の評価装置を使用してセラミックスの「電気物性」、「磁気特性」、「誘電特性」、「光学特性」における評価技術を習得する。
効果的なデータ整理法を修得するとともに、独創的な研究能力を養うために、思考力および想像力を高めることを目標とし、プレゼンテーション能力の向上も図る。
セラミックス工学セミナー セラミックス工学に関する最新の研究テーマに関し、文献調査などを通してベースとなっている学問的な背景に対する理解を深めるとともにより実践的な研究手法を習得する。
卒業研究
授業科目 概要
卒業研究 環境材料工学科におけるカリキュラムの総仕上げとして、最新の研究テーマに取り組み、文献調査、実験計画、測定技術、データ解析、論文作成、プレゼンテーションなどの研究・開発の実際について学ぶとともに、技術者として必要な工学的手法を修得し、材料関係の研究者・技術者としての能力を培う。

材料機能系プログラム

基本科目
授業科目 概要
熱力学 熱力学的な諸概念および熱力学の諸法則(熱力学第一法則、熱力学第二法則、熱力学第三法則、熱力学関数の間の関係式)を系統的に理解するとともに、これらをもとにして化学熱力学の分野、すなわち、化学平衡、溶体、活量について学ぶ。
X線結晶学 物質や材料を原子・分子的なレベルで解明するための最も基本的な研究手段の1つであるX線回折法を学ぶ。
X線の性質を学ぶことから始めて、結晶とX線の相互作用である回折現象を理解することにより、結晶性の物質の構造を解析する実際的な能力を身につけることを目標にする。
量子力学 量子力学の基本的な考え方として、粒子性と波動性、波動方程式などを学習することにより、原子の内部構造および原子間の結合状態の理解を深める。
材料物理学 固体材料の結晶構造および、点欠陥、特に空孔の性質について理解を深めるとともに、材料中の物質の輸送現象を決定している原子拡散の機構や理論を学ぶ。
環境材料化学 材料の物理化学に関する基礎的概念を系統的に扱う。
また、電気化学的現象や輸送現象を理解することにより、エネルギー変換や材料の製造プロセスなどへの幅広い応用力を養う。
準基本科目
授業科目 概要
材料組織学 材料の諸特性を決定する要因である材料の微細構造や組織について、その形成要因、形成過程を支配する普遍的原理を理解する。
さらに状態図について学び、これを種々の材料に展開する応用力を養う。
電子物性論 物質の主な性質は、物質の構成要素である電子の性質に深く依存している。
この講義では、結晶学、量子力学、回折学などの知識をもとにして、物質(とくに金属および半導体)中の電子の状態を学ぶとともに、物質の諸性質との関連を理解する。
力学物性論 材料の力学特性は、弾性変形、塑性変形、破壊という3段階の現象によって特徴づけられる。
この講義では、これらの3段階の現象に注目して力学特性の基礎概念を明らかにする。
材料プロセス工学 材料は種々のプロセスにより成形加工されるが、本講義では凝固プロセスと機械加工プロセスによる方法に焦点をしぼり、それぞれのプロセスの要点と特徴を解説する。
さらに、地球環境保持のために材料プロセスの観点からの取り組みを紹介する。
熱物性論 多数の原子・分子の集団である巨視的物質の構造や物理化学的性質を考察する上で基本となる統計熱力学的な考え方を学習する。
また、物質の熱的性質(比熱、熱伝導、熱膨張)の原因となっている結晶格子の振動についての理解を深める。
展開科目
授業科目 概要
電子機能材料 半導体、磁性材料などの電子デバイスシステムに組み込まれる材料や超伝導材料について、その原理、機能などを電子物性の観点から解説する。
さらに、薄膜材料、非平衡材料などを利用して開発が進められている最先端のデバイスの可能性についても言及する。
マテリアルデザイン 材料に要求される機能をコンピュータを利用して実現する方法について解説する。
コンピュータのしくみを学ぶことから始めて、コンピュータを利用した材料設計法についての理解を深める。
材料強度学 結晶材料のマクロな塑性変形は転位(原子配列の乱れ)のミクロな運動によって起こっていることを理解させるとともに、このような結晶塑性のメカニズムと材料強化の基本原理について、主として原子論的な観点から講義する。
構造・機械材料 構造材料や機械材料に要求される機能を概説するとともに、もっとも使用頻度の高い材料である鉄鋼材料をとりあげ、内部のミクロ組織とその制御、ミクロ組織と性質(とくに機械的性質)との関連性などを中心に、鉄鋼材料に対する理解を深める。
機能創製プロセス 最近の高機能材料は、数種類の材料を人工的に組み合わせて複合材料としたり、非平衡な製造プロセスを経て作ることが多くなってきた。
本講義では、材料複合化の原理を理解するとともに、種々の非平衡プロセスの原理と方法について学ぶ。
リサイクル科学 地球環境保全や資源、エネルギーの有効利用の観点から、低環境負荷材料の概念について解説するとともに、材料製造プロセスにおける反応の効率化やエネルギーの有効利用に関する学問的基礎とそれらの応用について理解を深める。
エネルギー材料 近年、材料はエネルギー貯蔵やエネルギー変換システムの要素として位置づけられることが多くなった。
本講義では太陽電池や燃料電池のほか、熱電変換や水素エネルギーをとりあげ、材料との関りについて解説するとともに、材料機能の高性能化のために、原子の拡散、組織など材料のミクロな性質が重要な役割を果たすことを理解する。
機能変換工学 機能材料は、様々な種類のエネルギー系を他のエネルギー系へ変換するとみなすことができる。
本講義では、材料によるエネルギー変化を統一的に扱うとともに、センサーなど最新の機能変換材料を紹介する。
システム材料学 材料は種々のシステムの構成要素として位置づけられるので、システムの立場から材料をとらえることは極めて重要である。
本講義では、種々のシステム(自動車・航空機、エネルギー変換、電子デバイス)を例にあげ、システムそのものに要求される性能から材料性能を考える。
薄膜表面科学 近年、電子材料の小型化が進み、界面や表面の特性の制御が非常に重要になってきた。本講義では、表面・界面を物理化学の目を通して理解することを目指す。
さらに、近年その重要性の増した固体の清浄表面を扱うとともに、表面の特性が系全体の特性を左右する代表的な系として薄膜や超微粒子についても紹介する。
実験・演習科目
授業科目 概要
材料機能工学演習Ⅰ 小人数のグループで、材料機能工学に関する外国語のテキストを用いた討論を行なったり、材料製造プロセスの現場の見学を行うことにより、材料機能工学に関するより深い知識を習得する。
材料機能工学演習Ⅱ 同上
材料機能工学実験Ⅰ 材料機能工学における基本的概念および関連する基礎理論について、実際に体験して理解を深めるとともに、実験・評価手法、調製プロセスの基礎を習得することを目的とする。
具体的な問題に対する実験的アプローチの方法とそれぞれのテーマについての結果をレポートにまとめる方法についても修得する。
材料機能工学実験Ⅱ 同上
材料機能工学セミナー 材料機能工学に関する最新の研究テーマに関し、文献調査などを通してベースとなっている学問的な背景に対する理解を深めるとともにより実践的な研究手法を習得する。
卒業研究
授業科目 概要
卒業研究 環境材料工学科におけるカリキュラムの総仕上げとして、最新の研究テーマに取り組み、文献調査、実験計画、測定技術、データ解析、論文作成、プレゼンテーションなどの研究・開発の実際について学ぶとともに、技術者として必要な工学的手法を修得し、材料関係の研究者・技術者としての能力を培う。