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Class 2025 (Master-AIS) 物質機能分析特論 ／Analysis & Functions of Materials

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2025/10/2 updated；SIRIUSより先に最新情報を本サイト>> wp.me/p10HOa-8Xd でお知らせする可能性があります。

物質機能分析特論 ／Analysis & Functions of Materials

授業内容/Schedule (15 weeks)

  • ガイダンス、採掘場から先端材料になるまで（１）：天然資源と材料のつながり　Guidance, From Mine to Advanced Material (1): The link between natural resources and materials
  • 微粒子の基本特性：サイズとその他 Fundamental Properties of Particles: Size and others 
  • 粒子の製造方法：気相法、液相法、固相法 Particle Fabrication Methods: Gas-phase, liquid-phase, and solid-phase methods
  • 粒子の計測法 Particle Measurement Techniques
  • 空気中の微粒子の諸特性：エアロゾル科学, Properties of Airborne Fine Particles: Aerosol science
  • 空気中の微粒子の計測：研究事例紹介 Measurement of Airborne Fine Particles: Case studies
  • 粒子を用いた計測法：研究事例紹介 Measurement Methods Using Particles: Case studies
  • 第1～7回のまとめと試験 Review of Weeks 1–7 and Examination (1)
  • 採掘場から先端材料になるまで（２）：プロセスと応用 From Mine to Advanced Material (2): Processes and applications
  • 粒子から薄膜・厚膜の形成、研究事例：化学センサー Formation of Thin and Thick Films from Particles; Case Study: Chemical sensors
  • 気体から固体粒子への転換、研究事例：電子材料 Conversion from Gas to Solid Particles; Case Study: Electronic materials
  • 液体・溶液から固体粒子への転換、研究事例：結晶性と粒子径の関係 Conversion from Liquid/Solution to Solid Particles; Case Study: The relationship between crystallinity and particle size
  • 微粒子の環境と健康へのインパクト (1)大気環境 Environmental and Health Impacts of Fine Particles (1) Atmospheric Environment
  • 微粒子の環境と健康へのインパクト (2)植物系環境 Environmental and Health Impacts of Fine Particles (2) Plant systems
  • 第9～14回のまとめと試験 Review of Weeks 9–14 and Examination (2)

概要／Outline／

本講義では、エネルギー関連等の機能性材料開発に不可欠な資源利用に関する工学、化学、物理の基礎を学びます。特に「微粒子」に着目し、反応工学と材料設計の観点から探求します。講義内容は、粒子材料特有の物性とその計測・分析法、分散系システムの挙動、機能性材料としての設計指針に及びます。さらに、化学反応を用いた製造プロセスの実例や、材料開発と利用が環境や健康に与える影響についても考察し、基礎から応用までを網羅します。This course provides a foundation in the engineering, chemistry, and physics essential for resource utilization in the development of functional materials for energy-related and other applications. With a special focus on “fine particles,” we will explore topics from the perspectives of reaction engineering and material design. The course will cover the unique physical properties of particulate materials, their measurement and analytical methods, the behavior of dispersed particle systems, and design principles for functional materials. Furthermore, we will examine practical examples of manufacturing processes using chemical reactions and consider the environmental and health impacts of material development and utilization, covering both fundamental concepts and their applications.

到達基準／Standard

毎回の講義と演習課題（グループワーク）を通じて、以下の項目を理解し、説明できるようになることを目標とします。(1) 微粒子の定義、基本特性、およびその重要性。(2) 代表的な粒子製造方法と計測・分析技術の原理。(3) 粒子を用いた応用技術や研究事例。(4) 微粒子が大気環境や生態系など、環境や健康に与える影響についての考察。Through lectures and assignments (group-works), students will aim to understand and be able to explain the following: (1) The definition, fundamental properties, and significance of fine particles. (2) The principles behind typical particle fabrication methods and measurement/analytical techniques. (3) Application technologies and research case studies involving particles. (4)The impacts of fine particles on health and the environment, including the atmosphere and plant systems.

履修条件・関連項目／Requirements

学部レベルの化学、物理学、材料科学の基礎知識を有していることが望ましい。A basic understanding of undergraduate-level chemistry, physics, and materials science is recommended.

講義形式/ Style

毎回の講義後に演習課題を課します。履修者数に応じて、ディスカッションやグループワークを取り入れることがあります。オンライン参加の場合は、カメラとマイクの準備が必要です。The course will be delivered in a lecture format. Assignments will be given after each class. Depending on enrollment size, discussions or group work may be incorporated. Students attending online are required to have a working camera and microphone.

テキスト・教科書／Text book

特定の教科書は指定しない。講義中に資料を配布または提示する。No specific textbook is required. Course materials will be provided during lectures.

成績評価の方法／Grading

試験（70%）、毎回の授業で課す課題(30%)  Exam: 70%　Weekly assignments: 30% 

教員から一言／Something

試験は資料の持ち込みを許可します。ただし、持ち込み可能な資料は、自身で作成したA4用紙1枚（両面可）に限ります。講義内容を自分なりに整理し、試験に臨んでください。The exams will be open-note. However, the only permitted material is one double-sided A4 sheet of notes that you have prepared yourself. Please organize the course content in your own way to prepare for the exams. 

備考１／Note 1

日本語でのコミュニケーションが困難な留学生が履修登録した場合、講義は英語で行う可能性があります。If international students who are not proficient in Japanese enroll in this course, there is a high probability that the language of instruction will be English.

KEYWORDS

  • 機能性材料 (Functional Materials)
  • 微粒子工学 (Fine Particle Technology)
  • 材料科学 (Materials Science)
  • 反応工学 (Reaction Engineering)
  • エアロゾル科学 (Aerosol Science)
  • 粒子製造・合成 (Particle Fabrication / Synthesis)
  • 粒子計測・特性評価 (Particle Measurement / Characterization)
  • 気相法・液相法 (Gas-phase / Liquid-phase Methods)
  • 薄膜・厚膜 (Thin Films / Thick Films)
  • 電子材料 (Electronic Materials)
  • 化学センサー (Chemical Sensors)
  • 環境インパクト (Environmental Impact)
  • 大気環境 (Atmospheric Environment)
  • 資源利用 (Resource Utilization)
  • 材料設計 (Material Design)

Functional Materials; Fine Particles / Particulates; Materials Science and Engineering; Reaction Engineering; Aerosol Science; Particle Synthesis & Fabrication; Particle Measurement & Characterization; Thin and Thick Films; Electronic Materials; Chemical Sensors; Environmental and Health Impacts; Material Design

後半のシラバス (For the week 9-15)

概要 Outline

本コースの後半は、微粒子の「応用」と「影響」に焦点を当てます。前半で習得した粒子の基礎特性、製造法、計測法の知識を土台として、機能性材料への具体的な応用プロセスを探求します。具体的には、採掘資源から先端材料に至るプロセス全体像の把握から始め、粒子を用いた薄膜・厚膜形成（化学センサー）、気相・液相からの固体粒子転換（電子材料）など、材料設計と応用事例を深掘りします。最終的に、開発・利用が進む微粒子が大気環境や植物系環境に与える環境・健康へのインパクトについて考察し、材料科学者としての社会的責任についても理解を深めます。The latter half of this course focuses on the “applications” and “impacts” of fine particles. Building upon the foundational knowledge of particle properties, fabrication methods, and measurement techniques acquired in the first half, we will explore specific application processes for functional materials. This includes grasping the overall process from mined resources to advanced materials, and delving into material design and application case studies such as thin/thick film formation from particles (chemical sensors) and conversion to solid particles from gas and liquid phases (electronic materials). Finally, we will examine the environmental and health impacts that the development and use of fine particles have on the atmospheric and plant systems, fostering an understanding of the social responsibility of materials scientists.

到達基準／Standard

後半の講義と演習課題を通じて、以下の項目を理解し、説明できるようになることを目標とします。 Through the latter half’s lectures and assignments, students will aim to understand and be able to explain the following:

  • 資源から先端材料に至る製造プロセス全体を理解し、その工学的意義を説明できる。 – Understand the entire manufacturing process from resources to advanced materials and explain its engineering significance.
  • 粒子を用いた機能性薄膜・厚膜の形成原理と、化学センサーや電子材料などの具体的な応用事例を説明できる。 – Explain the principles of functional thin/thick film formation using particles and specific application examples such as chemical sensors and electronic materials.
  • 粒子合成におけるプロセス条件（気相・液相）と材料特性（結晶性・粒子径）の関係を分析し、設計指針を考察できる。 – Analyze the relationship between process conditions (gas/liquid phase) and material properties (crystallinity/particle size) in particle synthesis, and consider design guidelines.
  • 微粒子が大気環境および植物系環境に与える影響を考察し、材料開発と利用における環境・健康への配慮の重要性を説明できる。