2024年度学院等開講科目環境・社会理工学院融合理工学系

材料・物性工学基礎 E

開講元: 融合理工学系
担当教員: 石川敦之 / CROSS JEFFREY SCOTT / CHENG SHUO
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 (S3-207(S322)) / 金1-2 (S3-207(S322))
クラス: E
科目コード: TSE.A201
単位数: 200
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 4Q
シラバス更新日: 2025年3月17日
使用言語: 英語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

原子間相互作用の量子力学（化学）および統計熱力学の基本を説明し，金属材料，半導体，絶縁体，高分子，コンクリート，土質，等々…さまざまな物質の性質が具現化する理由を体系的に理解させる．

到達目標

工業材料の物性の決定に必須となる材料内部の原子/分子間の相互作用に関する基礎知識を得ることにより，材料の物性の選定に対するこれらの知識の適用，いかにそのような物性の材料を扱うかの理解，およびどのようなプロセスがエンジニアリングデザインの要求を満足するかの決定ができるようになる。

実務経験のある教員等による授業科目等

実務経験と講義内容との関連 (又は実践的教育内容)

クロス教授は、日本企業での研究者としての経験もある

キーワード

量子力学、統計（熱）力学、材料物性

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

原理（自然法則）に基づく材料物性の発現メカニズムの理解に重点を置く．そのため，講義の初めの演習を行い，前回講義の内容の理解を確認した上で，それに基づく論理を展開する形式で講義を行う．講義中の論理の理解が重要になる．

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	量子力学の基礎	量子力学の基礎的な概念について理解できるようになる.
第2回	原子のボーアモデルとスペクトル	原子の内部構造に対するボーアモデルと, それにより輝線スペクトルの記述が可能になることを理解できるようになる.
第3回	シュレーディンガー方程式	量子力学の基礎方程式であるシュレーディンガー方程式の概念を理解する.
第4回	水素原子のシュレーディンガー方程式	水素原子におけるシュレーディンガー方程式とその解が持つ意味について理解できるようになる.
第5回	多電子原子のシュレーディンガー方程式	多電子原子のシュレーディンガー方程式の解法とその解が持つ意味について理解できるようになる.
第6回	分子軌道と化学結合	分子におけるシュレーディンガー方程式の解である分子軌道と, それにより化学結合が記述できることを理解する.
第7回	材料物性の量子化学による理解	様々な材料の物性が量子化学により記述できることを理解する.
第8回	材料科学入門と結晶性	温度の定義により，平衡の物理的意味を理解できるようになる
第9回	統計（熱）力学の基礎（自由エネルギーの定義）	自由エネルギーの定義により，エントロピーの物理的意味を理解できるようになる
第10回	統計（熱）力学の基礎
第11回	材料の物理的性質	材料の物理的特性を理解する。
第12回	材料の熱伝導	材料の熱伝導を理解する。
第13回	材料の機械的特性	材料の機械的特性を理解する。
第14回	材料中の拡散	材料中の拡散を理解する。

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

Callister, W.D. "Materials Science and Engineering: An Introduction", John Wiley and Sons, Inc.

参考書、講義資料等

Smith, W. F., " Foundations of Materials Science and Engineering", 4th edition, McGraw-Hill. (2006)
Atkins, P., Paula, J. D., "Physical Chemistry", 9th edition, W. H. Freeman and Company. (2010)

成績評価の方法及び基準

不定期に行う演習および期末試験により講義の理解度を評価し成績とする
（コロナの影響に応じて変更になる可能性がある）

履修の条件・注意事項

常微分および偏微分方程式の基礎知識

その他

講義内容・講義順は変更になる可能性がある