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科目の基本情報
| 開講年度 | 2023 年度 | |
|---|---|---|
| 開講区分 | 工学研究科(博士前期課程)分子素材工学専攻／応用化学専攻 | |
| 領域 | 主領域 : F | |
| 受講対象学生 |
大学院(修士課程・博士前期課程・専門職学位課程) : 1年次, 2年次 |
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| 選択・必修 | ||
| 授業科目名 | 応用固体化学特論 | |
| こたいかがくとくろん | ||
| Applied Solid State Cemistry | ||
| 単位数 | 2 単位 | |
| ナンバリングコード | EN-INAN-5
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| 開放科目 | 非開放科目 | |
| 開講学期 |
後期 |
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| 開講時間 |
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| 授業形態 |
対面授業 * 状況により変更される可能性があるので定期的に確認して下さい
「オンライン授業」・・・オンライン会議ツール等を利用して実施する同時双方向型の授業 |
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| 開講場所 | ||
| 担当教員 | 森 大輔（工学研究科分子素材工学専攻） | |
| SDGsの目標 |
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| 連絡事項 | * 状況により変更される可能性があるので定期的に確認して下さい |
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学修の目的と方法
| 授業の概要 | 固体に関する科学は従来無機化学，結晶学，材料科学，金属学，鉱物学，固体物理などが独立に取り扱われてきたが，近年になってこれらを統合・体系化したものとして固体化学が発展してきた．それ故本来的に固体化学は極めて広い範囲を取り扱うが，主なテーマとして固体物質の合成，分析，構造，物性，応用がある． 中でも「構造」は固体の物性や化学的性質を決定する最も重要なパラメータの一つであり，固体材料を取り扱う者にとってその理解は必須である．本特論では，固体の結晶構造の起源と種類を理解すること，ならびにその解析方法としてのＸ線回折法を理解することを目的とする． (Course description/outline) Because the science of solid materials have been treated independently in inorganic chemistry, crystallography, materials science, metallurgy, mineralogy, solid state physics, and etc., solid-state chemistry covers a very wide range. Main themes of in this course are synthesis, analysis, structure, physical properties, and applications of solid-state materials. Above all, "structure" is one of the most important parameters that determine the physical and chemical properties of solids, and it is essential for those who handle solid materials. The purpose of this course is to understand the origins and types of crystal structures of solids and X-ray diffraction as an analysis method. |
|---|---|
| 学修の目的 | |
| 学修の到達目標 | 結晶構造を理解し，その把握と描写が的確に行えるようになること，ならびに一般的な酸化物や鉱物について、構造の観点から諸性質の理解ができるようになることを目標とする． また、結晶構造解析手段としてのＸ線回折法の原理を理解し，実際技術を修得することを目標とする． (Achievements) The aim in the course is to understand the crystal structure and describe it accurately. Moreover, it is to understand the physical and chemical properties of oxides and minerals from the viewpoint of structure. In addition, the aim is to understand the principle of X-ray diffraction as a means of crystal structure analysis and to acquire it as practical techniques. |
| ディプロマ・ポリシー |
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| 成績評価方法と基準 | |
| 授業の方法 | 講義 |
| 授業の特徴 |
教員と学生のやり取りは日本語でも、英語による論文や教材の講読を含んだ授業 |
| 授業改善の工夫 | |
| 教科書 | ウエスト固体化学 基礎と応用 （A.R. ウエスト、講談社） (Textbooks) Solid State Chemistry and its application by A.R. West |
| 参考書 | |
| オフィスアワー | 毎週金曜日17：00-18：00 総合研究棟I 209号室 (Office hour) Friday 17:00-18:00, Integrated Research Bld. 209 |
| 受講要件 | 特になし (Prerequisites) Nothing |
| 予め履修が望ましい科目 | 無機反応化学特論 (Courses encouraged to take in advance) Advanced Inorganic Reaction Chemistry |
| 発展科目 | |
| その他 |
英語対応授業である。 (This course is English-supported.) |
授業計画
| MoodleのコースURL |
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| キーワード | 固体化学，結晶構造，Ｘ線回折測定，空間群 |
|---|---|
| Key Word(s) | Solid state chemistry, crystal structure, X-ray diffraction, space group |
| 学修内容 | 結晶構造の理解とＸ線回折法の修得を目標において以下の順序で講義を行う． １．固体化学の定義と固体構造論の導入 種々のスケールの構造と固体結晶における原子間結合について学ぶ． 2．結晶構造の対称性１ 結晶構造を形成する単位格子およびその対称性の概念を学習し，これらによって構造が分類できることを学ぶ． 3．結晶構造の対称性２ 結晶系、ブラベ格子、結晶点群、空間群について学ぶ． 4．結晶構造の対称性３ 格子面、ミラー指数、消滅則とインターナショナルテーブルの見方について学ぶ． 5．結晶構造の基礎 最密充填と原子配列の周期性など、結晶構造を決定する規則について学ぶ． 6.結晶構造の基礎2 最密充填をベースにした結晶構造の分類について学ぶ． 7．酸化物の代表的構造 岩塩構造、スピネル構造、ルチル型構造等の代表的な構造の詳細を学ぶ． 結晶構造描画ソフトの使用法を学び、構造を多面的に理解する． 8．酸化物の代表的構造 ペロブスカイト構造および関連構造の構造の詳細および表記法を学ぶ． 結晶構造描画ソフトの使用法を学び、構造を多面的に理解する． 9.固体中の結合と原子価 イオン半径、イオン結晶の概念、静電気原子価則を学ぶ 10．Ｘ線回折測定 結晶構造を知る手段として有効であるＸ線回折測定法の原理と使用法についての理解を深める． 11．構造因子の計算 構造因子の計算実例から回折強度を理解する． 12. 相図 相図と相律を学び、固溶体の組成、相転移、溶融、分解、安定性について理解する。 13.欠陥 欠陥の定義、種類、表記法を学ぶ 14. 電気的性質と磁気的性質 バンド構造、電気伝導性、イオン伝導性、誘電性、磁性について学ぶ 15．固体物質の合成法 固体物質の合成には結晶構造，状態図，欠陥などと密接に関わる基礎的な知識が要求されるとともに，経験的な要素が多分に含まれた実験的側面を有する．数ある手法のうち代表的なものをいくつか紹介する． (Course contents) Lectures will be given in the following order with the aim of understanding the crystal structure and X-ray diffraction. 1. Definition of solid state chemistry and introduction of solid state theory Learning various scale structures and interatomic bonds in solid crystals. 2．Crystal structure symmetry 1 Learning the unit cell forming the crystal structure and the concept of its symmetry, and the classification structure. 3．Crystal structure symmetry 2 Learning crystal systems, Brave lattices, point groups, and space groups. 4. Crystal structure symmetry 3 Learning lattice planes, Miller indices, extinction rules and how to read international tables. 5. Basics of crystal structure Learning rules of classification of crystal structure, such as close packing and periodicity of atomic arrangement. 6. Basics of crystal structure Learning rules of classification of crystal structure based on close packing. 7． Representative structure of oxide Learning the details of typical structures such as rock salt structure, spinel structure and rutile structure and how to use crystal structure drawing software to understand the structure from multiple angles. 8． Representative structure of oxide Learning the details of typical structures such as perovskite(PV) structure and PV-related structure and how to use crystal structure drawing software to understand the structure from multiple angles. 9. Bonds and valences in solids Learning ionic radius, concept of ionic crystal, and electrostatic valence rules 10． X-ray diffraction measurement Learning of the principle and use of X-ray diffraction measurement as a means to know the crystal structure. 11. Calculation of structure factor Learning the diffraction intensity from the calculation of the structure factor. 12. Phase Diagram Learning phase diagrams and rules, and understand the relationship between composition, phase transition, melting, decomposition, and stability in solid solutions. 13. Defect Learning the definition, type and notation of defects 14. Electrical and magnetic properties Learning about band structure, electrical conductivity, ionic conductivity, dielectric properties, and magnetism 15． Synthesis method of solid substance Introduction of typical synthesis techniques of solid materials with empirical elements, which require basic knowledge closely related to crystal structures, phase diagrams, defects, etc. |
| 事前・事後学修の内容 | 講義を受講する前に、必ず教科書を読んでくること。受講後、説明された講義内容を復習しておくこと。 |
| 事前学修の時間:120分/回 事後学修の時間:120分/回 |