| 英文名 | Material Science | |
|---|---|---|
| 科目概要 | データサイエンス学科２年後期、３群科目、選択、講義、2単位 | |
| 科目責任者 | 渡辺 豪 | |
| 担当者 | (※は実務経験のある教員) 渡辺 豪、 佐藤 俊輔 | |
| 講義室 | ||
物質を構成する原子や分子の集合状態を理解するための物理・化学の基礎を身につけ、様々な自然現象の基本原理である熱力学の基礎についても理解することを目的とする。
物質の代表的な状態の説明から始まり、結晶構造の種類やそれぞれにおける原子の配列やそれぞれで得られるX線回折像の特徴を解説する。また、化学結合や分子間力、金属や半導体に特性も解説する。さらに、熱、温度、エネルギーの定義、熱力学第1・第2法則、そしてエントロピーについても解説を行う。
各回の講義時に配布する資料を用いて講義形式で進める。講義内容の理解と定着を図るために、随時演習問題を配布する。演習問題については講義内で解説する。
小テストや課題については次の講義で解説を行う。演習問題の解答は配布する。
DP4
| 回 | 項目 | 内容 | 担当者 | 日時 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 物質の三態、原子の周期的配列 | 物質の三態、原子の周期的配列（格子並進ベクトル・単位構造と結晶構造・基本単位格子）について理解する。 | 渡辺 豪 | 9/12② |
| 2 | 空間格子の基本型、結晶面の指数 | 二次元格子・三次元格子の型、結晶面の指数（ミラー指数）について理解する。 | 渡辺 豪 | 9/19② |
| 3 | 簡単な結晶構造、原子構造の直接像 | 塩化ナトリウム構造、塩化セシウム構造、六方最密構造、ダイヤモンド構造、原子構造の直接像を理解する。 | 渡辺 豪 | 9/26② |
| 4 | 波の回折と逆格子① | 結晶による波の回折とブラッグの法則、フーリエ解析・逆格子ベクトル・回折の条件を理解する。 | 渡辺 豪 | 10/3② |
| 5 | 波の回折と逆格子② | 単純立方格子・体心立方格子・面心立方格子の逆格子を理解する。 | 渡辺 豪 | 10/10② |
| 6 | 化学結合と分子間にはたらく弱い力 | 共有結合、イオン結合、金属結合、分子間力について理解する。 | 渡辺 豪 | 10/17② |
| 7 | 水の科学 | 水という物質の特異性と構造、氷の構造について理解する。 | 渡辺 豪 | 10/24② |
| 8 | 物質の電気伝導と磁性 | 物質の電気伝導と磁性、超伝導について理解する。 | 渡辺 豪 佐藤 俊輔 | 11/7② |
| 9 | 金属と合金 | 金属と合金の電気伝導、超伝導、磁性について理解する。 | 渡辺 豪 佐藤 俊輔 | 11/14② |
| 10 | 絶縁体と半導体 | 絶縁体の誘電特性、半導体の電気特性について理解する。 | 渡辺 豪 佐藤 俊輔 | 11/21② |
| 11 | 熱力学の基礎 | 熱力学の基礎となる物理数学について身につける。 | 渡辺 豪 佐藤 俊輔 | 11/28② |
| 12 | 熱、温度、エネルギー、仕事 | 熱、温度、エネルギー、仕事、そして熱力学第0法則について理解する。 | 渡辺 豪 佐藤 俊輔 | 12/5② |
| 13 | 熱力学第１法則 | 熱力学第1法則について理解する。 | 渡辺 豪 佐藤 俊輔 | 12/9③ |
| 14 | 熱力学第2法則とエントロピー | 熱力学第2法則とエントロピーについて理解する。 | 渡辺 豪 佐藤 俊輔 | 12/12② |
| 15 | まとめ | 全体の復習を行う。 | 渡辺 豪 | 12/19② |
物質の構造と性質に関わる基本的な知識を身につけ、代表的な結晶構造とそれらを同定する上で用いられるX線構造解析の基本原理について説明できる。金属と合金、絶縁体と半導体のそれぞれについて違いを理解し、特徴を説明できる。さらには熱力学の基礎を身につける。
講義内で課す小テストや課題の提出状況（20%）、定期試験（80%）を総合的に評価する。
【講義時間外に必要な学修時間：60時間】
予習：前回の講義時に指定された事柄について自身で調べておくこと。
復習：講義で配布されたプリントを読み返して、次回の講義で行われる小テストに備えること。
講義に関する質問は対面やメールなどで個別に対応し、場合によっては講義内で紹介して情報共有する。
【科目ナンバリング：FU301-FM02】
【関連科目：統計の物理学、シミュレーションの基礎】
| 種別 | 書名 | 著者・編者 | 発行所 |
|---|---|---|---|
| 教科書 | 配布資料あり | ||
| 参考書 | 物質科学入門 | 渡邊正義、米谷勝利 | 化学同人 |
| 参考書 | キッテル固体物理学入門 上 第8版 | (訳)宇野良清、津屋 昇、新関駒二郎、森田章、山下次郎 | 丸善出版 |
| 参考書 | 熱力学（講談社基礎物理学シリーズ） | 菊川芳夫 | 講談社サイエンティフィク |