無機固体化学

Inorganic Crystal Materials

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化学工学専攻科目

工学研究科

1年

HETMP5MCA1

2.00単位

講義 (Lecture)

2024年度前期

(Spring semester)

嶺重 温

工学研究科　化学工学専攻

日本語

目標7／目標9

月曜日; 12:10~13:00・C533室

mine@eng.u-hyogo.ac.jp

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1◎

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【講義目的】
　自然科学、産業・エネルギー構造、あるいは技術革新の必要性などを学ぶ上で、無機化学的視点での物事の捉え方を習得することは重要である。本講義では、結晶質無機固体材料の合成法、構造と物性の相関を理解した上で、近年、国内外で盛んに研究開発が行われている全固体電池や燃料電池への適用事例を学ぶ。特に、無機固体の構造を議論する上で結晶構造とともに重要な電子構造ならびに欠陥構造について詳述する。これらの「構造」は、無機固体の電気的、磁気的、光学的な物性と深くかかわっている。講義では、特に無機固体の欠陥と電気伝導の関係を中心に取り上げ、欠陥の制御手法や物性との相関の理解における固体化学的アプローチが無機固体の設計と開発にとって如何に重要であるかを学ぶ。

【到達目標】
１）結晶質無機固体材料の電気特性、特に電子伝導、イオン伝導と構造との相関を理解し、望みの性質を得るための合成法、制御法を説明、予測できること
２）全固体電池、燃料電池向け無機材料の開発事例を理解し、固体化学的アプローチにより無機固体材料を設計できること

燃料電池
蓄電池
水素エネルギー

【講義内容】　
　無機化学的視点で、エネルギー問題、地球環境問題などの現在の様々な問題の解決を図ることを目指す。具体的には近年、国内外で盛んに研究開発が行われている全固体電池や燃料電池などを題材に、高効率なエネルギー変換を実現するための材料の合成法、制御法について理解を深める。

【授業計画】　

　１．無機固体化学とは 〜学問分野ならびに応用〜
　２．無機固体材料の合成プロセス（１）相平衡・平衡状態図
　３．無機固体材料の合成プロセス（２）単結晶・多結晶・非晶体
　４．無機固体材料の電気的性質（１）固体の化学結合と電子物性
　５．無機固体材料の電気的性質（２）半導体とその応用
　６．エネルギー分野で活躍する無機材料
　７．固体化学入門（１）ノンストイキオメトリーと電気伝導
　８．固体化学入門（２）電気伝導度向上のための方法：ドーピング
　９．固体化学入門（３）望みの相・組成を持つ酸化物の合成法
１０．「省エネ」を謳うビジネス
１１．固体内のイオン移動（１）イオンの移動：拡散と伝導
１２．固体内のイオン移動（２）拡散・伝導機構
１３．固体内のイオン移動（３）身の周りのイオン移動・デバイス応用
１４．蓄電池・燃料電池のトピックス
１５．水素エネルギーのトピックス

※ 生成系AIの利用：
この講義においては生成AIの利用を予定していないが、学生が利用する場合には参考文献が実在するかなど事実確認を必ず行うこと。

配布プリント

A. R. ウエスト著, 後藤 孝ら訳, "固体化学", 講談社.
水田 進, 脇原 將孝 編, "固体電気化学", 講談社サイエンティフィク.

【予習】授業に際して指示する内容を事前読み込み（30ｈ）

【復習】講義内容の理解を深め定着させるために配布資料を読み直し（30ｈ）

採用しない

【成績評価の基準】
無機固体化学の考え方を理解し、無機固体の物性、構造、反応について論理的に記述できている者については、講義目的・到達目標に記載する能力の達成度に基づき、S（90点以上）,Ａ（80点以上）,B（70点以上）,C（60点以上）による成績評価のうえ、単位を付与する。

【成績評価の方法】
演習・小テスト100%を基準として、受講態度（積極的な質問等）を含めて総合的に評価する。

演習・小テストは、原則次の講義内で解説する。

該当しない