2024年度学院等開講科目物質理工学院応用化学系

無機固体化学

開講元: 応用化学系
担当教員: 大友明
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 火1-2 (S4-201(S421))
クラス: -
科目コード: CAP.N304
単位数: 100
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 2Q
シラバス更新日: 2025年3月14日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

[講義の概要] 本講義では、固体化学の観点から、欠陥を含む結晶構造、絶縁体と金属の電子状態、磁性や電気伝導の原理、半導体デバイスの基本動作原理について解説する。
[講義のねらい] 材料科学と固体化学は、歴史的に固体の様々な性質をそれぞれ物理学と化学の観点から扱ってきた学問といえる。無機化学（材料科学）を履修してきた学生が化学の観点から固体の性質を学ぶことで、原子や分子の化学的性質と固体の物理的性質を関連付けて理解することができる。そして、特定の物理的性質が情報通信や創エネルギー過程における機能に利用されている例を知ることで、原子や分子から有用な材料を創製する能力を養うことができる。本講義では、まず無機化合物の代表的な物性と機能を理解する。続いて、ナノ材料の作製手法やナノ構造特有の性質を理解する。

到達目標

本講義を履修することによって、
1) 単純なイオン固体の物性や機能がその物質に固有の結晶構造や電子状態に由来することを元素や化学結合の性質に関する基礎知識を使って説明できる。
2) ナノ材料の作製手法やナノ構造特有の物性・デバイス機能について説明できる。
3) 情報通信や創エネルギー過程で無機化合物の特定の機能が働く原理について議論できる。

キーワード

欠陥、不定比性、固溶体、遷移金属酸化物、磁性、電気伝導、超伝導体、半導体、複酸化物、ナノテクノロジー、トランジスタ、発光ダイオード

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

本講義は、（１）欠陥化学、（２）磁性、（３）電気伝導、（４）ナノ材料の順番で進める。そして最終回に、理解度確認のための演習と解説を実施する。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	欠陥化学	固体中の欠陥の種類と構造を説明できる。
第2回	イオン固体の電子状態	単純なイオン固体の物性や機能がその物質に固有の結晶構造や電子状態に由来することを元素や化学結合の性質に関する基礎知識を使って説明できる。
第3回	磁性と磁気的相互作用	磁性の種類と遷移金属酸化物における特徴的なスピン配置や磁気的相互作用について説明できる。
第4回	電気伝導	電気伝導（金属伝導、半導体的伝導、超伝導）の起源と原理について説明できる。
第5回	ナノ材料と物性	ボトムアップ・トップダウン的手法によるナノ材料の合成法について説明できる。
第6回	半導体デバイス	半導体デバイスの原理と機能について説明できる。
第7回	理解度確認のための演習と解説	演習により総合的な理解度を高め，到達度を自己評価する。

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

P. Atkins, T. Overton, J. Rourke, M. Weller, F. Armstrong著、田中、高橋、安部、平尾、北川訳「シュライバー・アトキンス無機化学(上・下)」第6版（東京化学同人）ISBN: 978-4-8079-0898-1（上）、978-4-8079-0899-8（下）

参考書、講義資料等

R. J. D. Tilley著、滝澤、田中、大友、貝沼訳「固体材料の科学」（東京化学同人）ISBN: 978-4807908585.
E．Zolotoyabko著、大友、鵜沼、早水、山田訳「材料系の固体物理学」（東京化学同人）ISBN: 978-4807920426.

他の講義資料は講義中に配布するとともにOCW-iにアップロードする。

成績評価の方法及び基準

期末試験（60%）と演習（40%）で到達目標の達成度を評価する。

履修の条件・注意事項

履修条件は特に設けないが、関連する科目（無機化学２（構造・反応）（CAP.N202）、無機材料化学（CAP.N302））を履修していることが望ましい。

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

大友明 ohtomo.a.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。