固体物性構造特論（Advanced Material Science of Solids）[2404]

＜授業のねらい及び具体的な到達目標＞

固体材料を安全性と信頼性のある材料として環境化学関連システム等に適用出来る知識を得ることを念頭に、材料の物性を原子・電子論レベルからとらえ、マクロな面とミクロな面とを結びつけて解説する。また、物質の内部構造の問題を、原子配列およびその欠陥から捕らえることを試みる。さらに、固体熱力学の法則によって平衡状態での内部組織の制御と変化を把握、反応速度論により一定時間内および環境中において形成されるより実際的な組織の性質を考える。尚、授業全体を通して、常に固体材料のエコマテリアル化について、その概念を併せ解説する。
The focus of this course is the application of safe and reliable solid-state materials to environmental technologies. We will start by studying the physical properties of solid-state materials based on their atomic and electronic structures, and learn to explain these properties by connecting the macroscopic and microscopic descriptions of the materials. We will also learn about the internal structure of materials in terms of their atomic arrangements and defects. Next, we will learn how to manipulate the internal microscopic structure of materials using the concept of equilibrium states and the laws of thermodynamics. We will then consider the properties of realistic systems formed in the environment in a given period of time using reaction kinetics. Throughout the course, we will regularly visit the topic of eco-materialization of solid materials and the associated concepts.

※システムデザイン専攻の履修者については以下が適用される。
The following applies to students in the Systems Design Program.

（JABEE学習・教育到達目標）
「システムデザインプログラム」
（A）工学関連分野の原理・原則に関する深い知識と応用力を身につけた人材を育成します：◎

JABEE基準1の（2）の内容
（c），（d）：◎
（b），（e），（g）：○

＜授業計画及び準備学習＞

第1週　『授業ガイダンス』材料の微細構造と環境因子、エコマテリアル化との関わり等について学ぶ。演習問題１．
第2週　完全固体の構造と物性の概念について学ぶ。　　　　　　　　　　　　　　　　　演習問題２．
第3週　不完全固体の構造と物性 1（点欠陥、線欠陥）について学ぶ。　　　　　　　　　　演習問題３．
第4週　不完全固体の構造と物性 2（界面欠陥、バルク欠陥）について学ぶ。　　　　　　　演習問題４．
第5週　拡散挙動 1（定常状態、非定常状態拡散）について学ぶ。　　　　　　　　　　　　演習問題５．
第6週　拡散挙動 2（拡散に及ぼす因子、他の拡散経路）について学ぶ。　　　　　　　　　演習問題６．
第7週　平衡 1（1成分、多成分系の相平衡）について学ぶ。　　　　　　　　　　　　　 　演習問題７．
第8週　平衡 2（不変反応、平衡状態、非平衡状態）について学ぶ。　　　　　　　　　　　演習問題８．
第9週　反応速度 1（反応速度論、固体内拡散）について学ぶ。　　　　　　　　　　　　　演習問題９．
第10週　反応速度 2（相変態）について学ぶ。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 演習問題10．
第11週　材料の環境劣化挙動について学ぶ。　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　演習問題11．
第12週　材料、環境因子、応力との係わり（材料寿命）について学ぶ。　　　　　　　　 演習問題12．
第13週　材料の環境、エコマテリアル化との関わりについて学ぶ。　　　　　　　　　　 演習問題13．
第14週　学習内容の振り返り　 総合演習
（尚、随時必要に応じて、文献の読み合わせ及びプレゼンテーションを授業内に取り込む。）

Week 1: Course guidance. Relationship between the microscopic structure of materials,
environmental factors and upgrading environmental performance. Problem Set 1.
Week 2: Structure and physical properties of perfect solids. Problem Set 2.
Week 3: Structure and physical properties of imperfect solids 1 (point defects, line defects).
Problem Set 3.
Week 4: Structure and physical properties of imperfect solids 2 (interfacial defects, bulk
defects). Problem Set 4.
Week 5: Diffusion 1 (steady-state and unsteady-state diffusion). Problem Set 5.
Week 6: Diffusion 2 (factors causing diffusion, other diffusion pathways). Problem Set 6.
Week 7: Equilibrium 1 (one-component and multi-component systems). Problem Set 7.
Week 8: Equilibrium 2 (invariant reactions, equilibrium conditions, non-equilibrium conditions).
Problem Set 8.
Week 9: Reaction rates 1 (reaction kinetics, diffusion in a solid). Problem Set 9.
Week 10: Reaction rates 2 (phase transformations). Problem Set 10.
Week 11: Environmental degradation behavior of materials. Problem Set 11.
Week 12: Relationship between materials environmental factors and stress (lifetime of
materials). Problem Set 12.
Week 13: Relationship between the environment and improving the environmental performance of
materials. Problem Set 13.
Week 14: Course review. Comprehensive review problems.
(Reading and presentation of literature will be incorporated into lessons as necessary.)

＜成績評価方法及び水準＞

授業に出席することを成績評価の前提とする。定期試験、各週に実施するプレゼンテーション及び演習問題（理解度テスト）を主たる評価の対象として評価する。尚、評価割合はそれぞれ70％、10％、20％とし、６０点以上の者に単位を認める。尚、定期試験は試験期間に実施する。
Attendance is mandatory. The course grade will be calculated based on regular exams, weekly small tests and presentations, and problem sets with the following breakdown: 70%, 10%, and 20%, respectively, with credit awarded to students achieving 60 points or above. The regular tests will be given during the testing period.

＜教科書＞

特に指定しない。必要に応じて、プリントを配布する。
No textbooks are required. Printouts will be distributed as necessary.

＜参考書＞

『材料の科学と工学〔1〕材料の微細構造』W.D.キャリスター著（培風館）
『材料の科学と工学〔4〕材料の構造・製法・設計』W.D.キャリスター著（培風館）
『環境リサイクル 法令・JIS要覧』矢ケ崎隆義、田村久義 著（新日本法規出版）
『Materials Science and Engineering An Introduction　�Tand �W』by Willam D. Callister, Jr.(John Wiley & Sons, Inc.)
『Environmental Recycling Laws and JIS Ordinances』By Takayoshi Yagasaki and Hisayoshi Tamura (Shinnihon-Hoki Publishing Co., Ltd.)

＜オフィスアワー＞

金１０：４０〜１５：００、八王子キャンパス・質疑等可能（部屋は未定）。
A question is possible: From 12:30 to 15:00, I cope in a lecture room on Tuesday (Hachioji campus).

＜学生へのメッセージ＞

授業では、環境化学に関わるシステムなどの化学装置等に材料を適用する立場から、種々の固体材料（金属、有機物質、セラミックス、複合材料など）の差を強調するのではなく、材料の性質の一般的な輪郭とそれらの性質を左右する機構について具体例を示しながら解説することを心がけます。また、授業の終わりに、翌週の授業に向けた予習項目を予告します。授業を通して、材料科学の有用性と奥深さとを実感してください。
Rather than emphasize differences between various solid-state materials (metals, organic compounds, ceramics, composite materials, etc.), this course will instead focus on the microscopic and macroscopic origins of material properties. This will be done by way of examples in the context of applying materials to environmental science technologies. At the conclusion of each class, you will be informed of the preparations required for the following week’s lesson. The aim of this course is to demonstrate the broad utility and depth of materials science.