2025年度 (最新) 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: 黒木秀記
授業形態: 講義
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 金3-4 (G1-110(G113))
クラス: -
科目コード: CAP.I537
単位数: 100
開講時期: 2025年度
開講クォーター: 2Q
シラバス更新日: 2025年4月2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．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解法を習得できる．
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，数値解法

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	材料システム設計の考え方および物質収支式	材料システム設計の考え方と物質収支式を説明できる．
第2回	高分子膜における分子透過機構	高分子膜における溶解拡散機構を説明できる．
第3回	高分子膜における分子の溶解性の予測	高分子膜への分子の溶解性を実験せずに予測できる．
第4回	高分子膜における分子の拡散性の予測	高分子膜中の分子の拡散性を実験せずに予測できる．
第5回	数値解法における有限差分法	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	非定常拡散方程式の数値解法	非定常拡散方程式の数値解を得ることができる．
第7回	非定常反応拡散方程式の数値解法	非定常反応拡散方程式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

化学工学会教科書委員会編『実例で学ぶ化学工学　課題解決のためのアプローチ』丸善出版, ISBN-13: 978-4621307045
化学工学会編『最近の化学工学63 ここまできた膜分離プロセス-基礎から応用-』三恵社出版，ISBN-13: 978-4864871785
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

参考書、講義資料等

授業で扱う資料は事前にScience Tokyo LMSにアップロードする．

成績評価の方法及び基準

講義内容に関する理解度を小演習，レポートで評価する．

履修の条件・注意事項

履修の条件を設けない．