2021年度学院等開講科目物質理工学院応用化学系応用化学コース

材料システム設計論

開講元: 応用化学コース
担当教員: 山口猛央 / 田巻孝敬
授業形態: 講義
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 金3-4
クラス: -
科目コード: CAP.I537
単位数: 100
開講時期: 2021年度
開講クォーター: 2Q
シラバス更新日: 2025年7月10日
使用言語: 英語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

[講義の概要]本講義では，化学工学的アプローチのベースとなる反応拡散方程式と，材料システム設計の考え方について，基礎から展開までを学ぶ。
[講義のねらい]社会で実際に役に立つ材料・デバイス開発には，化学工学のシステム的な材料設計手法が有用である。すなわち，個々の要素技術の高機能化だけではなく，それらを目的性能に応じて統合する必要がある。化学プロセスを例に取ると、反応性を向上させるだけではなく、物質移動特性を考慮した材料や構造の設計が必要になる。本講義では，材料システム設計の基礎として反応拡散方程式について学ぶ。続いて，材料システム設計の適用方法を具体例とともに示す。

到達目標

本講義を受講することによって，
1) 化学工学のシステム的な材料設計手法が、環境・エネルギー分野の先端材料・デバイス開発においてどのように活用されているかを理解することができる。
2) 材料設計の根幹となる反応拡散方程式の基礎的な考え方と計算手法を習得できる。
3) 材料システム設計に基づいて実際の材料・デバイス開発を行うための考え方を学ぶことができる。

キーワード

化学工学、材料設計、環境、エネルギー、デバイス、反応拡散方程式

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

本講義では，講義内容について毎回小演習を行い，理解度を確認しながら進める。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	材料機能のシステム設計の考え方および分離膜の材料システム設計論１	溶解性と透過性材料機能のシステム設計の考え方を説明できる。高分子膜の溶解性と透過性の関係を説明できる。
第2回	分離膜の材料システム設計論２拡散性と透過性	高分子膜中の分子拡散性と透過性の関係を説明できる。
第3回	分離膜の材料システム設計論３透過性の予測	高分子膜の透過性能を実験せずに予測できる。
第4回	反応拡散方程式・基礎式	反応拡散方程式を立式できる。
第5回	反応拡散方程式・有限差分法	有限差分法による微分方程式の差分化について説明できる。
第6回	反応拡散方程式・演習１非定常拡散	反応拡散方程式について非定常拡散の数値解を得ることができる
第7回	反応拡散方程式・演習２非定常反応拡散	反応拡散方程式について非定常反応拡散の数値解を得ることができる。

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

必要に応じて講義資料を配布する。

参考書、講義資料等

斉藤恭一著『エンジニアのための化学工学入門』講談社, ISBN-13: 978-4061543744
山崎郭滋著『偏微分方程式の数値解法入門』森北出版, ISBN-13: 978-4627074200

成績評価の方法及び基準

材料システム設計の考え方，及び反応拡散方程式の適用に関する理解度を評価する。小演習（50％）, レポート（50％）で成績を評価する。

履修の条件・注意事項

履修の条件を設けない。

連絡先 (メール、電話番号) ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。

山口猛央: yamag[at]res.titech.ac.jp
田巻孝敬: tamaki.t.aa[at]m.titech.ac.jp

オフィスアワー

メールで事前予約すること。