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本年度

2021年度 秋学期 エネルギー材料工学(材料工学・化学工学コース、2年生)

日時:金曜3限(13:00~14:30)、4限(14:50~16:10)
場所:工学部第15(総合2F)
講師山崎 仁丈 教授 
評価:出席(30点:最終レポートを提出すれば、授業中の質問回数を加点)、レポート(内容、日本語のわかりやすさ, 70点)
教科書:なし
参考書「金属酸化物のノンストイキオメトリーと電気伝導」斎藤編訳、内田老鶴圃
   :「Thermodynamics of materials, vol. 1 & 2」 Ragone, Jone Wiley & Sons、日本語版絶版「材料の物理化学I & II」, 丸善(図書館にはあると思います)
   :「Physical Ceramics」Chiang, Birnie, & Kingary, John Wiley & Sons
   :「固体電子論入門」
   :「表面技術者のための電気化学」
   :「Electrochemistry at metal and semiconductor electrodes, by Norio Sato, Elsevier

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概要

 燃料電池、リチウムイオン電池、光触媒、触媒など、現代社会に必要不可欠なエネルギーデバイスは、特徴を持った材料を巧みに組み合わせることでそのエネルギー機能を発現させている。本授業では、これらエネルギーデバイスやそれらを構成するエネルギー材料の基礎知識について、材料工学の観点から説明する。

予定
1-2. 10/8(Fri)  ガイダンス:本授業の狙い、イントロダクション、Kröger-Vink表記
3-4. 10/15(Fri) 燃料電池:学生さんの質問への返答、電気化学デバイス、化学ポテンシャル、電気化学ポテンシャル、ネルンストの式、燃料電池の理論最大効率と起電力
5-6. 10/22(Fri) 燃料電池:学生さんの質問への返答、電解質材料、アノード電極材料、カソード電極材料、電気抵抗、燃料電池性能が理論値から下がる原因
7-8. 10/29(Fri) エネルギー材料開発のための機械学習:学生さんの質問への返答、目的変数、記述子、機械学習モデル、材料特性予測
9-10. 11/12(Fri) 光触媒:学生さんの質問への返答、半導体、光励起、バンドギャップ、バンド図
11-12. 11/19(Fri) 触媒:学生さんの質問への返答、表面ガス吸着、化学反応の熱力学および速度論
13-14. 11/26(Fri) リチウムイオン電池:学生さんの質問への返答、状態図、相転移
15. 12/3(Fri) 研究現場見学@工学部第15(総合2F) 16:20 レポート提出締切 (Proselfにて提出)

2021年度 秋学期 表面機能制御学(工学府材料工学専攻、大学院生)

日時:月曜1限、木曜1限(8:40~10:10)
場所:材工第8講義室(W4-3F)
講師山崎 仁丈 教授
評価:出席、発表および演習解答(40点)、レポート(作成した問題の質、解答内容、日本語のわかりやすさ, 60点):演習問題を各自作成、作成された問題をすべてレポートとしてまとめ、提出ください。
教科書「Electrochemistry at metal and semiconductor electrodes, by Norio Sato, Elsevier
参考書「金属酸化物のノンストイキオメトリーと電気伝導」斎藤編訳、内田老鶴圃
   :「Thermodynamics of materials, vol. 1 & 2」 Ragone, Jone Wiley & Sons、日本語版絶版「材料の物理化学I & II」, 丸善(図書館にはあると思います)
   :「Physical Ceramics」Chiang, Birnie, & Kingary, John Wiley & Sons
   :「固体電子論入門」
   :「表面技術者のための電気化学」
演習:授業中に演習問題や計算結果を確認するため、関数電卓かノートPCを授業にお持ちください。

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概要

 燃料電池や光触媒などの最先端エネルギーデバイスや材料では、材料表面を巧みに制御することで目的とする機能を発現している。本授業では、これら物質・エネルギー変換機能の発現および制御に重要な表面近傍における点欠陥(電子、正孔、酸素空孔など)の熱力学的および速度論的挙動について講義する。

予定
1. 10/4(Mon)  ガイダンス(本授業の狙い)、イントロダクション
2. 10/7(Thu) 固体の欠陥化学:Kröger-Vink表記、欠陥反応
3. 10/11(Mon) 演習回答、欠陥反応の平衡定数(熱力学)、Brouwerダイアグラム(熱力学)(p43~67)
4. 10/14(Thu) Brouwerダイアグラム(熱力学)、欠陥濃度の温度依存性(熱力学)
5. 10/18(Mon) 真性半導体中の電子と正孔(熱力学, p29~32 in Electrochemistry at Metal and Semiconductor Electrodes )
6. 10/21(Thu) 演習回答、真性半導体中の電子と正孔(熱力学, p29~32 in Electrochemistry at Metal and Semiconductor Electrodes ),不純物半導体中の電子と正孔(熱力学, p29~32 in Electrochemistry at Metal and Semiconductor Electrodes)
7. 10/25(Mon) 水和酸化還元粒子の電子準位(熱力学, p47~53 in Electrochemistry at Metal and Semiconductor Electrodes),水和酸化還元電子のフェルミ準位 (熱力学, p53-57)、半導体/水溶液界面におけるバンド図の作成  (熱力学)
8. 10/28(Thu) 半導体/水溶液界面におけるバンド図の作成2 (熱力学)
9. 11/1(Mon) 
10. 11/4(Thu) 不純物半導体における電子-正孔濃度(熱力学)(p111~113)、固体中の原子の拡散:フィックの第一法則(速度論)(p127~129:Thermodynamics of materials vol.2)、演習問題作成について
11. 11/11(Thu) Nernst-Einsteinの関係(速度論)(p141~144:Thermodynamics of materials vol.2)
12. 11/15(Mon) 各自作成したレポート問題の発表、Nernst-Einsteinの関係(速度論)(p141~144:Thermodynamics of materials vol.2)、固体中のイオン伝導・電子伝導(p213~217: Physical Ceramics)
13.11/18(Thu) 輸率(速度論)(p213~217: Physical Ceramics)、電気化学ポテンシャル(熱力学)、ネルンストの式(熱力学)(p233~235: Physical Ceramics)、バトラーボルマーの関係(速度論)(p52~57: 表面技術者のための電気化学)燃料電池の原理と理論変換効率(熱力学)、スペースチャージ(p97~123: Thermodynamics of materials vol.2、p146~165: Physical Ceramics)
14. 11/22(Mon) レポート発表&討論、アンケート調査
15. 11/25(Thu) 授業なし、12:00 レポート提出締切(指定したProselfへ提出)

表面反応速度(速度論)、固体中の相互拡散(速度論)(p236~242: Physical Ceramics)、表面、界面、偏析

2021 東工大理学院化学系 特別講義第七および特別講演

日時:7/30(金) 10:20~12:20、14:20~16:00、16:15~18:45
場所東工大理学院化学系 オンライン
講師:山崎 仁丈 教授

講義題目:プロトン伝導性酸化物の基礎と応用(100分×2)
概要:酸化物に高速プロトン伝導性を誘起するための基礎原理やそれら酸化物の応用例を説明する。

講演題目:機械学習、実験データ、第一原理計算を活用したプロトン伝導性酸化物の加速的開発(85+65分)
概要:機械学習や計算を活用することにより、プロトン伝導性酸化物の開発を加速することが可能になってきた。本講演では、このような最新の研究成果を紹介する。

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2021 工学部出前講義

日時:7/20 13:00~14:20
場所九州産業大学付属九州産業高等学校
講師:山崎 仁丈 教授
題目:材料工学が開く持続可能なエネルギー社会

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2021 spring, Introduction to metallic compounds(Global course, 2nd year students)

Period:Monday 16:40~18:10
Place:オンライン(zoom)
Lecturer: Prof. Yoshihiro Yamazaki

5/31   Energy Materials

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2021 未来社会を創る新エネルギーの現状と課題(基幹教育科目)

日時:5/26 水曜4コマ(14:50~16:20)
場所:オンライン(zoom)
講師:山崎 仁丈 教授
題目:エネルギー材料が開く持続可能なエネルギー社会

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link for your study

  • periodic table
  • work functions of metals
  • wikipedia  or ウィキペディア
  • 第一原理計算

  • Solid-state Physics, TU Graz
  • Photochemistry II, EPFL
  • Introduction to Solid-State Physics, University of Nevraska-Lincoln
  • Principle of Electronic Devices, University of Colorado, Boulder
  • 3D molecular orbitals, University of Liverpool

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