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授業の目標
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知能材料とは、生命体の様に自らが検知し、結論を出し、行動を起こす機能を合わせ持つ賢い材料であり、次の社会を支える重要な基盤技術の一つとして注目されている。材料を知能化するためには、材料の機能を上手に利用したり、各種の機能を持った材料を組み合わせたりする必要がある。本授業では、材料の物理的・化学的性質の基礎を中心に学び、材料の知能化を実現する要素技術である各種材料の機能と、その応用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) 金属と半導体と絶縁体の電気的性質の違いを、エネルギーバンドモデルに基づいて説明できる。
(2) 金属や半導体の電気的性質を、数式を用いて定量的に説明できる。
(3) 光の屈折率や反射率、透過率と材料の物性値の関係を、数式を用いて定量的に説明できる。
(4) レーザーの特徴や用途を説明できる。
(5) 磁性の種類と性質の違いを説明できる。
(6) 軟磁性材料と硬磁性材料の性質や用途の違いを説明できる。
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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＞
○【知識・理解・技術】
１．各専門分野の知識・技術を習得し、活用する力を身につけている
【教養・基礎的能力】
２．幅広い教養と、外国語能力、情報活用能力、コミュニケーション能力などの基礎的能力を身につけている
【態度・志向性】
３．多様な価値観を有する人々と倫理観・責任感をもって協働することができる
【態度・志向性】
４．時代の変化に主体的に対応するため継続的に学び、自律的に行動することができる
【問題発見・解決能力】
５．専門の知識・技術及び基礎的能力を統合し活用して、問題を発見し解決する能力を身につけている
【ｸﾞﾛｰｶﾙ・創造的思考力】
６．地域的・国際的視点をあわせもち、また、新たな価値を想像する力を身につけている
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授業の概要
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材料の物理的・化学的性質の基礎を中心に学習するが、それらの性質を工業的に応用した例も適宜取り上げる。授業は予習を前提とし、事前課題を課す。また授業中に基礎的な概念を問う問題を出題すると同時に、特に重要な部分については演習問題等の宿題を課す。
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授業の計画
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第１週 序論：知能材料の概念、原子構造と結合1：原子構造
第２週 原子構造と結合2：原子の電子構造、原子の結合・分子の結合
第３週 材料の結晶構造
第４週 電気的性質Ｉ-1：金属の電気伝導性
第５週 電気的性質Ｉ-2：電気伝導に関するエネルギーバンドモデル
第６週 電気的性質Ｉ-3：真正半導体、外因性半導体(不純物半導体)
第７週 電気的性質Ⅱ-1：pn接合、pn接合ダイオードの応用例
第８週 電気的性質Ⅱ-2：セラミック材料の電気的性質
第９週 光学的性質1：光および電磁スペクトル、屈折
第10週 光学的性質2：吸収、伝搬、反射
第11週 光学的性質3：ルミネッセンス、レーザー、光ファイバー
第12週 磁気的性質1：磁場および磁場に関する量的関係、超伝導材料
第13週 磁気的性質2：磁性の種類、強磁性体に対する温度の影響
第14週 磁気的性質3：強磁性体の磁区、軟磁性材料、硬磁性材料
第15週 形状記憶合金：マルテンサイト変態と形状記憶効果、超弾性
第16週 定期試験
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授業時間外学修の指示
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・事前学修
毎回授業の最後に次回の授業で扱うテキストの頁を伝えるので、事前に熟読し、疑問点などを整理しておくこと。授業は予習前提で進める。
また、manabaのコースの小テストで事前課題を出題するので、授業開始までに解答すること。
・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とともに、以下の演習問題等に取り組むこと。
第１週 原子の大きさの計算を例に、10のべき乗の計算や、接頭語について理解する
第２週 テキスト第1章の章末問題、授業で配布する演習問題
第３週 テキスト第2章の章末問題
第４週 授業で配布する演習問題、「電気伝導率による固体の分類」について、要点を自分の言葉でまとめる
第５週 授業で配布する演習問題、「エネルギーバンドモデル」について、要点を自分の言葉でまとめる
第６週 「真正半導体と外因性半導体」について、要点を自分の言葉でまとめる
第７週 テキスト第6章の章末問題、授業で配布する演習問題
第８週 テキスト第7章の章末問題、授業で配布する演習問題
第９週 「光の粒子としての性質」について、要点を自分の言葉でまとめる
第10週 「エネルギーバンド構造と材料の電気的・光学的性質」について、要点を自分の言葉でまとめる
第11週 テキスト第9章の章末問題、授業で配布する演習問題
第12週 授業中に行った演習問題を参考に、「磁場・磁気誘導・磁化・透磁率・磁化率」の関係を理解する
第13週 「磁性の種類」について、要点を自分の言葉でまとめる
第14週 テキスト第10章の章末問題、授業で配布する演習問題
第15週 「形状記憶効果の原理」について、要点を自分の言葉でまとめる
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成績評価の方法
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定期試験を50%、演習問題(宿題)を30%、授業中の問題の正解率を10%、事前課題の正解率を10%として評価する。また出席率が2/3未満の者には、再試験の受験を認めない。
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テキスト・参考書等
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テキスト
大即信明、日野出洋文、サリムクリス著 『シリーズ新しい工学3 材料科学』 朝倉書店 税抜2,800円 ISBN 978-4-254-20523-7
参考書
W. D. キャリスター著 『材料の科学と工学[3] 材料の物理的・化学的性質』 培風館 税抜2,700円 ISBN 978-4-5630-6714-4
一之瀬昇編著 『電気電子機能材料 改訂3版』 オーム社 税抜2,800円 ISBN 978-4-274-21594-0
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履修上の留意点
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・物理学Ⅰ、解析学Ⅰ・Ⅱ、機械材料学の内容を良く復習しておくこと。
・物理学Ⅱ、物理学Ⅲ、化学Ⅰを受講していることが望ましい。
・授業の内容を理解する上で必要な基礎学力の調査を実施するが、これは成績評価には使用しない。
【manabaの利用法】
・講義資料と講義の録画をmanabaのコースコンテンツで公開する。質問への回答はmanabaの掲示板で公開する。
・第2週からmanabaの小テストで事前課題を出題するので、講義開始までに解答すること。
・採点した演習問題をmanabaのレポートで返却する。
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資料
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備考
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上記テキストに含まれていない内容を取り扱う場合は、プリントを配布する。
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