理工学研究科Graduate School of Science and Engineering
PCE500Y1（プロセス・化学工学 / Process/Chemical engineering 500）微粒子材料工学特論Fine Particulate Material Engineering
日下 靖之Yasuyuki KUSAKA
授業コードなどClass code etc
| 学部・研究科Faculty/Graduate school | 理工学研究科Graduate School of Science and Engineering |
| 添付ファイル名Attached documents | |
| 年度Year | 2022 |
| 授業コードClass code | YB517 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | |
| 開講時期Term | 春学期授業/Spring |
| 曜日・時限Day/Period | 金4/Fri.4 |
| 科目種別Class Type | |
| キャンパスCampus | 小金井 |
| 教室名称Classroom name | 各学部・研究科等の時間割等で確認 |
| 配当年次Grade | |
| 単位数Credit(s) | 2 |
| 備考（履修条件等）Notes | |
| 実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | |
| カテゴリーCategory | 応用化学専攻 |
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Outline (in English)
Course outline:
This course introduces physics hidden behind particulate matters and techniques for handling fine particles. The main topics include sedimentation, diffusion, advection, electrostatic/hydrodynamic/adhesive interactions, aggregation, deposition, wetting, coating, segregation and rheology. The physics related to colloidal assemblies such as permeability, consolidation and fracture are also explained.
Learning Objectives:
From this course, students will be able to explain the roles of colloidal particles in various practical issues from both microscopic, mesoscopic and macroscopic points of view.
Learning activities outside of classroom:
Before/after each class meeting, students will be expected to spend four hours to understand the course content.
Grading Criteria /Policy:
40% from short reports and 60% from final report.
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的（何を学ぶか）Outline and objectives
「境界を持った小片」である粒子状物質は、バルクの固体、液体及び気体とは明らかに異なった特徴があり、その性質を利用することで、様々な粒子状物質が工業的に使用されている。また、環境中に存在する粒子状物質は様々な自然現象を引き起こすだけでなく環境動態にも大きな影響を及ぼす。この講義では、粒子単体の振る舞い、粒子の間に生じる相互作用、そして粒子集合体の物理を理解し、工業材料として微粒子を取り扱う技術について学習することができる。
到達目標Goal
液中に分散した微粒子の沈降、拡散、凝集、相互作用、堆積を支配する物理法則を理解でき、現実の問題との関係を説明できる。微視的な視点と巨視的な視点で微粒子の振る舞いをイメージできる。代表的な微粒子計測手法を理解し、微粒子分散系の流動特性を解析する技術を習得している。
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか（該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連）Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
ディプロマポリシーのうち、「DP1」「DP2」「DP3」に関連
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)（学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. ）
授業は講義形式で行う。講義における理解のポイントを設け，それに対応して2,3回の小レポート提出を課す。また授業に関連する学術論文を課題としてグループ発表とディスカッションを課す。pythonによる数値流体シミュレーションについても紹介する。
アクティブラーニング（グループディスカッション、ディベート等）の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
あり / Yes
フィールドワーク（学外での実習等）の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
授業形態/methods of teaching：オンライン/online
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
第1回[未定/undecided]：微粒子が関わる様々な現象と応用
身の周りの粒子状物質、自然現象、工業利用
第2回[オンライン/online]：流体抵抗と微粒子沈降
ストークス方程式、粘性抵抗、干渉沈降、ボイコット効果
第3回[オンライン/online]：微粒子拡散(1) 基礎
ブラウン運動、ランジェバン方程式、アインシュタインの関係式、粒径計測、移流拡散方程式
第4回[オンライン/online]：微粒子拡散(2) 応用
沈降平衡、微粒子の凝集速度、塗膜の粒子偏析、微粒子の濾過
第5回[オンライン/online]：微粒子拡散(3) 濃厚系と非理想性
分散液の浸透圧と拡散、濃厚系の粒子分布構造と剛体球モデル、圧縮因子
第6回[オンライン/online]：粒子間相互作用(1) 電気二重層斥力
水系分散液の相互作用の種類、DLVO理論
第7回[オンライン/online]：粒子間相互作用(2) 流体力学的効果
壁に挟まれた流体を押し出すための力、潤滑近似、レイノルズ方程式、ポアズイユ流れとダルシーの法則
第8回[オンライン/online]：濡れと塗布
表面張力の起源、粉体の接触角、粒子間の毛管力、粉体の湿りと毛管凝縮
第9回[オンライン/online]：自由表面の流れ
塗膜のレベリング、天井にできる雫、粒子堆積とコーヒーのしみ、塗布厚のランダウ・レビッチ理論
第10回[オンライン/online]：粒子分散系のレオロジー
スラリーの粘弾性、線形モデル、体積分率と流れの強さの効果、レイトン数、湿潤粉体のコンシステンシー
第11回[オンライン/online]：微粒子集合体の力学(1) 付着・破壊
粒子間付着のJKR理論、粒子層破壊に関するルンプのモデル
第12回[オンライン/online]：微粒子集合体の力学(2) 透水・圧密
粒子層の流体浸透に関するカルマンコゼニーモデル、飽和粒子層の排水とテルツァギの圧密理論
第13回[オンライン/online]：微粒子分散系のシミュレーション
格子ボルツマン法の原理、pythonによる実装
第14回[オンライン/online]：微粒子工学に関する最新研究を読み解く
本講義で得た知識をもとに論文を読み、グループ発表とディスカッションを行う。
授業時間外の学習（準備学習・復習・宿題等）Work to be done outside of class (preparation, etc.)
【本授業の準備・復習時間は、各4時間を標準とします。】Webにアップされている講義資料を講義前に一読する。グループ発表の準備をする。
テキスト（教科書）Textbooks
教科書はなし。
参考書References
講義内容よりもさらに進んで学習したい受講者のために参考書を紹介します。
全般：É. Guazzelli and J. F. Morris, A Physical Introduction to Suspension Dynamics, Cambridge University Press (2012)、濃厚系：W. B. Russel et al, Colloidal Dispersions, Cambridge University Press (1989)、土井正男, ソフトマター物理学入門, 岩波書店 (2010)、濡れ：ドゥジェンヌ, 表面張力の物理学(第2版), 吉岡書店 (2008)、分散系レオロジー：J. Mewis and N. J. Wagner, Colloidal Suspension Rheology, Cambridge University Press (2011)
成績評価の方法と基準Grading criteria
レポートに基づき評価する。配点は小レポート４０％、最終レポート６０％とする。
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
実際の現象や実用上の問題と物理的な基礎概念がどのように関連しているかを示すようにして、全体像を見失わないようにメリハリをつけた説明をするように心がける。数式展開は天下り的にならない範囲で最小限にとどめ、数式を説明するときは物理的なイメージが湧くように工夫する。
学生が準備すべき機器他Equipment student needs to prepare
数値シミュレーションの理解を進めるためpython3の実行環境があると望ましい（必須ではない）。