理工学研究科Graduate School of Science and Engineering
APC500Y1（複合化学 / Applied chemistry 500）高エネルギー反応場特論Processing using High Energy Reaction Fields
小林 清、松本 尚之Kiyoshi KOBAYASHI, Naoyuki MATSUMOTO
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 | 2023 |
| 授業コードClass code | YB509 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | |
| 開講時期Term | 秋学期授業/Fall |
| 曜日・時限Day/Period | 月2/Mon.2 |
| 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)
1. The first half of the lecture will give the historical and basic stories; (1) concept of an energy in analytical mechanics; (2) relationships among thermodynamics, analytical thermodynamics, and analytical chemical thermodynamics; (3) extension of analytical electrochemistry from analytical chemical thermodynamics and solid-state electrochemistry; (4) applications to the solid-state electrochemical theory to present battery technology.
2. The latter half of the lecture will give the principles and characteristics of synthesis methods involving the gas or solid phase using high-energy reaction fields as well as examples of practical applications of material synthesis processes.
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
本講義前半では、解析力学からエネルギー概念が生まれた背景と熱力学、解析熱力学および解析化学熱力学の関係を解説する。また、それらを拡張して解析電気化学理論と固体電気化学理論が生まれた背景や理論関係を解説する。そして、これらの理論が現代重要になっている蓄電池などのエネルギー変換デバイスにどう生かされているかを解説する。
また、本講義後半では、気相または固相における高エネルギー反応場を利用した合成手法について、その原理や特徴について詳しく説明する。さらに、高エネルギー反応場を利用した材料合成プロセスの実用化例についても解説する。
到達目標Goal
1-(1) ニュートン力学から派生した解析力学によりポテンシャルおよびエネルギー概念がどのように生み出されたか理解する。
1-(2) カルノー理論発明のアイデアから熱力学の第一法則誕生までを理解する。
1-(3) Gibbsにより発明された解析熱力学の考え方を理解し、その拡張である解析化学熱力学の理論拡張の考え方を理解する。
1-(4) 解析化学熱力学の拡張法を基に解析電気化学理論への拡張を理解する。
1-(5) イオン輸送理論と局所平衡から蓄電池や燃料電池のエネルギー変換理論を理解する。
2-(1) 高エネルギー反応場を利用した材料合成プロセスについてその原理や特長を理解し、実際の材料合成プロセスに応用展開する力をつける。
2-(2) 高エネルギー反応場を利用した材料合成プロセスについて実際の実用化例をもとに、材料開発の実用化に必要な考え方を身に付ける。
2-(3) 高エネルギー反応場を利用した材料（カーボンナノチューブを本講義では例とする）を利用した実際の用途展開など、材料利用を見据えた材料開発の考え方を養う。
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. ）
前半では、普段何気なく使っているエネルギーという概念がどう理論的に生まれ解析的表記に至った経緯から講義を始める。その後、この考え方が様々なタイプの熱力学や電気化学にどのように導入され発展したかを概観し、最後に現代の理論応用を説明する。それぞれの内容で関連する書籍を紹介しながら講義を行う。また、履修生の専門に合わせ、授業計画に記載の内容のテーマを変更する可能性がある。
後半では、材料合成の新たな技術について探求する。気相または固相における高エネルギー反応場を利用した合成手法について、その原理や特徴、実際の合成事例について学習する。さらに、カーボンナノチューブを例に、高エネルギー反応場を利用した合成技術のスケールアップや実用化プロセス、用途展開などについて、将来的には業界で求められる材料開発の専門知識を身につけるために技術的かつ実用的な解説を実施する。
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.)
なし / No
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：対面/face to face
※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[対面/face to face]：力学分野におけるエネルギー概念の誕生
ニュートン力学から派生した解析力学においてエネルギー概念が生まれるまでの物語
第2回[対面/face to face]：前期熱力学
カルノーが考えた熱機関理論の物理描像から熱力学の第一法則誕生までの概論
第3回[対面/face to face]：解析熱力学と化学熱力学への拡張
Gibbsにより創出された解析熱力学の考え方と化学熱力学への拡張理論
第4回[対面/face to face]：解析電気化学
Gibbsの解析化学熱力学の概念を拡張した解析電気化学理論の解説
第5回[対面/face to face]：古典不可逆熱力学の概論
電気化学で必要になる不可逆系を扱う理論として古典不可逆熱力学の考え方を解説
第6回[対面/face to face]：固体電気化学（I)
解析電気化学を固体系に特化した固体電気化学の概論。特にイオン輸送理論を解説
第7回[対面/face to face]：固体電気化学（II)
固体電気化学で重要な局所平衡概念について学ぶ。
第8回[対面/face to face]：高エネルギー反応場利用した材料合成の概要
高エネルギー反応場を利用した材料合成の全体像を解説
第9回[対面/face to face]：気相における材料合成（I）
化学気相堆積（CVD）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法について解説
第10回[対面/face to face]：気相における材料合成（II）
物理気相堆積（PVD）法や原子層堆積（ALD）法について解説
第11回[対面/face to face]：気相/液相における材料合成（I）
プラズマを利用した材料合成について解説
第12回[対面/face to face]：気相/液相における材料合成（II）
マイクロ波を利用した材料合成について解説
第13回[対面/face to face]：高エネルギー反応場利用した材料合成の実用化（Ｉ）
ＣＶＤ法を用いたカーボンナノチューブのスケールアップ例の紹介
第14回[対面/face to face]：高エネルギー反応場利用した材料合成の実用化（ＩＩ）
ＣＶＤ法を用いたカーボンナノチューブの実用化例を紹介
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。】
テキスト（教科書）Textbooks
教科書を使用しない。
参考書References
第１回目および第８回目に紹介する。
成績評価の方法と基準Grading criteria
平常点 （２０％）、授業中の課題・宿題等（８０点）
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
2022年度の授業実施状況を考慮して、授業計画を変更した。また、授業後半の内容を変更した。
学生が準備すべき機器他Equipment student needs to prepare
必要となった場合には、事前に連絡する。