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授業の目標
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持続可能な社会の構築のためには、軽量・高強度材料や、磁性材料に代表される高性能な機能性材料の開発が必要不可欠である。材料の性質・機能は材料の構造・組織と密接に関係しており、近年は材料の構造・組織をナノメートルオーダーで制御することにより、従来に無い優れた機械的性質や機能を持った各種のナノ材料が実用化されている。本講義では、材料の微細構造制御技術の基礎である物質の相変態について、および材料の微細構造・組織と性質・機能との関係を学び、ナノ結晶材料を中心とした新奇な高性能材料の性質・機能について理解することを目標とする。
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到達目標
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(1) 合金の自由エネルギーと平衡状態図、および材料組織の関係を説明できる。
(2) 合金の凝固（核生成、結晶成長、冷却方法など）と材料組織の関係を説明できる。
(3) 材料の微細構造と性質・機能との関係を理解し、各種ナノ材料の特徴を主体的に考察できる。
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身につく能力
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＜全学ディプロマ・ポリシー＞
○(1)各研究科・専攻の専門分野に応じた高度な専門知識
○(2)各研究科・専攻の専門分野に応じた研究開発能力
(3)高い水準の幅広い教養と倫理観
(4)高度な専門知識・研究開発能力・倫理観・幅広い教養を統合し、問題を発見し解決する能力
(5)高度な専門知識・研究開発能力・倫理観・幅広い教養を統合し、グローカルな視野をもって社会的・経済的価値を創出する力
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授業の概要
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最初に物質の相変態の熱力学を、次いで材料の微細構造と性質・機能との関係を学び、それらで得た知識を基に各種ナノ材料の性質・機能について議論する。
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授業の計画
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第１週 序論 ナノテクノロジーの概念
第２週 相変態1：固体の構造、自由エネルギーと相平衡
第３週 相変態2：合金の自由エネルギー、合金の徐冷組織と状態図
第４週 相変態3：固相・液相・気相、純物質の凝固、結晶の成長、均質核生成
第５週 相変態4：不均質核生成、固体中の核生成、スピノーダル分解
第６週 相変態5：原子拡散と結晶成長、凝固偏析
第７週 相変態6：熱流と凝固、合金の凝固、合金の組織に及ぼす急冷の効果
第８週 ナノ構造の分析手法：顕微鏡法、分光法による元素分析
第９週 構造と性質・機能1：材料の微細構造と機械的性質
第10週 ナノ材料の例1：ナノ結晶構造材料
第11週 構造と性質・機能2-1：磁気的性質の基礎
第12週 構造と性質・機能2-2：材料の微細構造と磁気的性質
第13週 ナノ材料の例2：ナノ結晶磁性材料
第14週 ナノ材料の例3：アモルファス材料
第15週 ナノ材料の例4：炭素系ナノ材料
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授業時間外学修の指示
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・事前学修
授業で使用するプリントは前日にmanabaのコースコンテンツで公開するので、事前に目を通しておくこと。
・事後学修
毎回受講後に授業のポイント･重要事項を自分の言葉でまとめること。
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成績評価の方法
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開講セメスター中および期末に提出を求めるレポート(100%)により、総合的に判断する。
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テキスト・参考書等
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テキストは使用しない。プリントを配布する。
参 考 書
榎本正人著 『材料学シリーズ 金属の相変態』 内田老鶴圃 税抜3,800円 ISBN 978-4-7536-5613-4
藤田英一著 『金属物理―材料科学の基礎―』 アグネ技術センター 税抜5,500円 ISBN 978-4-9000-4146-2
須藤一、田村今男、西澤泰二著 『金属組織学』 丸善 税抜3,000円 ISBN 978-4-6210-8243-0
中江秀雄著 『結晶成長と凝固』 アグネ承風社 税抜3,200円 ISBN 978-4-9005-0855-2
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履修上の留意点
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・講義はオンライン(Zoom)で行う。
・物理学、熱力学、機械材料学に関する基礎知識を必要とするので、各自で復習しておくこと。
・知能材料学(学部4セメスター開講)を受講していることが望ましい。
【manabaの利用法】
・Zoomの情報はmanabaのコースニュースで連絡する。
・講義資料と講義の録画をmanabaのコールコンテンツで公開する。
・中間および期末レポートをmanabaで出題する。
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資料
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備考
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