2019年度 材料科学実験(M, P, C)第一   Materials Science Laboratory I

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開講元
材料系
担当教員名
宮内 雅浩  鞠谷 雄士  河村 憲一  上田 光敏  林 幸  小林 能直  村石 信二  小林 郁夫  多田 英司  木村 好里  寺田 芳弘  曽根 正人  稲邑 朋也  中辻 寬  合田 義弘  中田 伸生  小林 覚  三宮 工 
授業形態
曜日・時限(講義室)
月5-8(南7,8号館)  木5-8(南7,8号館)  
クラス
-
科目コード
MAT.A250
単位数
2
開講年度
2019年度
開講クォーター
2Q
シラバス更新日
2019年4月9日
講義資料更新日
-
使用言語
日本語
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講義の概要とねらい

本科目では、実験操作、実験原理、理論との比較などを通して、金属、有機材料、無機材料の研究に関する基礎を身につけるとともに、教養課程から先端研究までの広範囲の実験に対応できるスキルを向上させることを主たるねらいとする。具体的には、材料科学および材料工学の研究に必須な,材料の構造解析,化学合成・分析及び物性測定などの基礎的技術の基本の修得を目的とし,実験試料の作製から各種評価までを一貫して学習する.これにより,独創的な問題意識・企画力・実行力・表現力に富む有為な材料研究者となるための基礎力や応用力を修得する.

到達目標

M: 【到達目標】 本講義を履修することによって,材料の組織,構造および物理,化学,機械的な性質の実験並びに実験に必須な基礎的技術の習得を目的とする.
【テーマ】 M:本講義では,合金の創製,熱分析,金属の組織観察と硬さ試験,室温における金属の機械的性質,高温における金属の機械的性質,金属結晶のX線回折,金属および半導体の電気伝導度,金属の電極電位の測定の各テーマについて,実験を行う.

P: 本実験を履修することで次の能力を修得する。
1)基本的な化学実験操作、物性測定操作の習得
2)化学反応と分析手法の理解
3)光学測定による屈折率、複屈折の意味、相転移現象の理解
4)電気回路特性、燃料電池特性の意味と粘弾性特性の意味の理解
5)レポートよる実験方法、実験結果の整理、実験結果に基づく考察などの考え方の理解、また、より高度な実験を行う際の基礎を習得

C: 本講義を履修することによって、以下に示すセラミックス材料(フェライトセラミックス)についての知識と実験的手法の実際について学ぶ;
セラミックス紛体の構造、物理的、化学的性質の基礎知識
セラミックスのキャラクタリゼ―ション技術の基礎的知識
セラミックス紛体の物理的、化学的性質のキャラクタリゼ―ションの実際
セラミックス紛体の成形技術の基礎と実際 フェライトセラミックスの合成方法
磁気的性質の理論と発現機構およびそのキャラクタリゼ―ション法の基礎と実際
課題発見およびその解決のための実験的アプローチの計画立案能力の向上
グループワークにおけるコミュニケーションスキル、リーダーシップの向上 プレゼンテーションスキルの向上

キーワード

M: 金属組織,引張試験,硬さ,X線回折, 導電率,電極電位
P: 材料科学、材料工学、有機材料、実験、化学操作、分析手法、光学測定、電気測定
C: セラミックス、紛体、焼結、フェライト、磁性

学生が身につける力

国際的教養力 コミュニケーション力 専門力 課題設定力 実践力または解決力
-

授業の進め方

本科目は班編成で進行し、各テーマを順次学んでいく。履修クォータ、履修順序の変更もある。第2、第3、第4クォータで材料科学実験を全て履修すれば、「材料科学実験(M,P,C)第一、第二、第三」の全内容を履修することができる。レポートは期日までに提出しなければならない。なお実験内容の理解、安全やスムーズな進行のためにも事前に実験テキストをよく読んでくることが求められる。

これに加え
C: テキストにのっとり、基本的なセラミックス(フェライト)材料の物性、プロセッシングの手順を学んだあと、グループワークの形式により各グループオリジナルの実験テーマを設定し、実験計画の立案から成果のとりまとめ、発表の作業を行う。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 M: ガイダンスと溶解原料の準備 P: 蒸留による有機溶媒の精製 C: 実験を行うための基礎講義 M: 全体の実験の進行を理解する.合金溶解原料の取り扱いを習得する P: 蒸留、薄層クロマトグラフィー、抽出、再結晶、反応操作など有機合成実験に必要なスキルを習得する。分光法を利用した有機化合物の構造決定を習得する。 C: セラミックスとは、またその作製方法の概要を理解するとともに、実際のセラミックス材料に触れ、その優れた性質を知る。
第2回 M: 合金の創製①:熱分析用試料・組織観察用試料・硬さ試験用試料の作製 P: 有機合成反応と薄層クロマトグラフィー C: 基礎実験1:原料粉末の合成1(試薬の秤量,溶解,共沈) M: 合金の溶解鋳造に際した安全事項を理解し,実際に溶解鋳造ができるようになる. C: セラミックス材料合成の基礎となる紛体原料の特徴およびその取扱い方法を知る。
第3回 M: 熱分析 P: 抽出による有機化合物の単離 C: 基礎実験2:原料粉末の合成2(沈殿の洗浄,乾燥,) M: 合金の熱分析の原理と手順を理解する C: 紛体の性質を知り、化学的および熱的処理により生じる化学変化について学ぶ。
第4回 M: 金属の組織観察と硬さ試験 P: 再結晶による有機化合物の精製 C: 基礎実験3:原料粉末の仮焼 M: 金属組織を観察する方法と旗さ測定の方法を習得する. C: セラミックス材料合成の中で重要な化学反応、生成相の制御、同定方法の実際を学ぶ。
第5回 M: 合金の創製②:機械的性質評価用の試料の作製 P: NMR、FT-IRによる有機化合物の構造決定 C: 基礎実験4:フェライト粉末の成形 M: 鋳造溶解を行い,圧延,打ち抜き加工の方法を習得する. C: 紛体成形法の基本操作を学ぶ。
第6回 M: 室温における金属の機械的性質 P: 偏光顕微鏡入門 C: 基礎実験5:成形体の焼結 M: 室温における合金の力学的性質の評価方法を習得する. P: リタデーションや屈折率を測定し考察できる。複屈折、液晶性物質の相転移、液晶ディスプレイの原理に関して説明できる。 C: セラミックス焼結理論とその実際について理解を深める。
第7回 M: 高温における金属の機械的性質 P: 複屈折性物質の観察 C: 基礎実験6:焼結体の着磁 M: クリープ試験方法を理解し,合金の高温強さの評価法を習得する. C: 磁性材料における磁気特性の制御、物性測定方法および評価について学ぶ。
第8回 M: 発表討論会①:金属の組織と機械的性質 P: 液晶性物質における等方相ーネマティック相転移 C: 創造実験の計画立案と検討 M: 金属材料の組織と力学的性質の関係について理解する. C: グループワークを通してセラミックス材料に関する独自の課題を設定し、課題解決のための実験計画を立案する。
第9回 M: 金属結晶のX線回折①:解析手法 P: 液晶におけるフレデリクス転移 C: 創造実験1:グループ毎の実験計画のプレゼンテーションと討論 M: 金属材料のX線回折の解説手法を習得する. C: 各グループで立案した実験計画の概要をプレゼンテーションし、その内容について討論し、計画最終案を決定する。
第10回 M: 金属結晶のX線回折②:Al合金の組成解析 P: 有機物の屈折率測定 C: 創造実験2:グループ毎の実験(原料の調合と合成) M: X線回折によって合金の組成を分析する手法を習得する. C: 各グループで決定した実験計画に基づいて実験を開始する。
第11回 M: 金属および半導体の電気伝導度①:金属の電気伝導度 P: RC回路の周波数特性測定 C: 創造実験3:グループ毎の実験(原料の物理、化学的性質の評価) M: 金属の電気伝導度を測定する手法を習得する. P: 全5回で電気測定の基本操作、RLC回路の特性、燃料電池の原理と特性評価、材料の粘弾性特性に関し、基礎的知識を得る C: 各グループで決定した実験計画に基づいて実験を行う。
第12回 M: 金属および半導体の電気伝導度②:半導体の電気伝導度 P: RLC回路の共振による溶媒の誘電率測定 C: 創造実験4:グループ毎の実験(バルク体の焼結、結晶相の評価) M: 半導体の電気伝導度を測定する手法を習得する. C: 各グループで決定した実験計画に基づいて実験を行う。
第13回 M: 金属の電極電位の測定①:銅の平衡電極電位の測定 P: 直接メタノール形燃料電池(DMFC)の等価回路の交流インピーダンス測定 C: 創造実験5:グループ毎の実験(焼結体の機械的、電磁気的性質の評価) M: 銅の平衡電極電位を測定測定する手法を習得する. C: 各グループで決定した実験計画に基づいて実験を行う。
第14回 M: 金属の電極電位の測定②:金属の腐食電位の測定 P: DMFCの交流インピーダンス測定 C: 創造実験6:グループ毎の実験結果のまとめと議論、プレゼンテーションの準備 M: 金属の腐食電位を測定する手法を習得する. C: 各グループで行って得られた実験結果をもとに、課題解決に向けた解析、評価、まとめを行い、プレゼンテーションの準備を行う。
第15回 M: 発表討論会②:金属の物理的・化学的性質 P: 高分子材料のガラス転移温度付近での粘弾性の測定 C: 発表討論会:創造実験の成果発表 M: 金属の物理的性質と化学的性質を理解する. C: 各グループごとに行った創造実験内容について発表を行い、その内容、達成度に関して全員で討論する。

教科書

東京工業大学工学部,金属工学科・有機材料工学科・無機材料工学科編,『材料科学実験』,文献普及会

参考書、講義資料等

M:未定
P: 教科書中に記載の参考書
C: 参考書:『セラミックス基礎講座1セラミックス実験』 東京工業大学無機材料工学科編 内田老鶴圃 この他に,補足用のプリントも配布する.

成績評価の基準及び方法

全出席および全実験履修が原則。実験・発表会の取り組み態度、実験レポート提出状況と採点結果により成績を評価する。遅刻や提出遅れを繰り返した場合は不合格とすることがある。

関連する科目

  • MAT.M204 : 金属学概論
  • LAS.C101 : 無機化学基礎
  • MAT.A251 : 材料科学実験(M, P, C)第二
  • MAT.A252 : 材料科学実験(M, P, C)第三

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

関連科目を履修していることが望ましい

その他

M: 「材料科学実験(M,P,C)第一」、「材料科学実験(M,P,C)第二」、「材料科学実験(M,P,C)第三」の3クォーターを通じて、上記45テーマを学修する。班によってテーマの履修順序は異なる。

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