環境表面科学 / Environmental Surface Science

前期 火曜日 ２講時. 単位数/Credit(s): 2. 担当教員/Instructor : 和田山 智正. 履修年度: 2024.

使用言語/Language

J/E

授業題目/Class Subject

環境表面科学
Environmental Surface Science

授業の目的・概要及び達成方法等/Object in Class subject and Object and summary of class and Goal of study(J)

材料開発を考える上で重要な諸物性、とりわけ表面・界面物性を中心に、環境負荷の低減に直結する材料・デバイス開発に表面科学が密接に関与することを理解する。また、表面・界面に固有な現象やそれを解析するための手段について知識を深め、環境分野における問題の解決に向けた表面科学的アプローチの糸口をつかむ。触媒、センサー、燃料電池などの環境負荷の低減に直結する表面・界面プロセスにおける種々の現象を基礎物性の立場から理解するための解説を行う。省エネルギー、低炭素社会の実現、環境負荷の低減といった環境科学的キーワードを念頭に、表面・界面が関わる現象の基礎的理解に不可欠な知識を習得する。

授業の目的・概要及び達成方法等（E）/Object in Class subject and Object and summary of class and Goal of study

This course covers surface and/or interface properties for practical materials to help students understand the material's developments, particularly, correlating with reduction of environmental burden. Students also learn about surface scientific analytical techniques to solve the problems. The lecturer explains industrial surface and/or interface process, e.g., catalysis, sensor, fuel cells etc. Students learn about directions and methods for solving the environmental problems on the basis of surface scientific approaches.

授業計画/Contents and progress schedule of class(J)

1. 序論（表面・界面現象と環境）
2. バルク結晶構造と逆格子、ミラー指数
3. 表面格子と単結晶、真空
4. 表面電子回折と吸着構造
5. 統計熱力学的考え方と気体の分子運動
6. 平均自由行程と入射頻度
7. ボルツマンの原理とエントロピー
8. フェルミ分布関数、プランクの法則
9. 仕事関数と電気陰性度
10. 吸着と等温式
11. 触媒反応
12. 表面電気化学
13. 表面・界面分析の基礎と応用１：構造解析
14. 表面・界面分析の基礎と応用２：元素分析
15. まとめ

授業計画（E）/Contents and progress schedule of class

1. Introduction （Materials surface & interface phenomena and environments）
2. Crystal structures, reciprocal lattice, Miller indices
3. Surface lattice, single crystal surfaces, vacuum
4. Electron diffraction at surface and periodic adsorption structures
5. Basics of statistical thermodynamics and kinetics theory of gaseous molecules
6. Mean-free-path and impingement rate
7. Boltzmann principle and entropy
8. Fermi distribution function, Plank’s law
9. Work function and electronegativity
10. Adsorption isotherm
11. Catalysis
12. Surface electrochemistry
13. Basics and applications of surface/interface analysis 1: Structural analysis
14. Basics and applications of surface/interface analysis 2: Elemental analysis
15. Summary

授業時間外学修/Self study(J)

次のURL(http://www.material.tohoku.ac.jp/~kaimenb/lab.html)に講義資料を掲載するので、予習・復習に役立てること。

授業時間外学修（E）/Self study

References for the lecture will be posted to the following URL (http://www.material.tohoku.ac.jp/~kaimenb/lab.html), which you should use for preparation and review.

成績評価方法及び基準/Record and evaluation method(J)

レポートと出席状況などを総合して評価する。

成績評価方法及び基準（E）/Record and evaluation method

Students are evaluated on their points from the submitted assignments and attendance, etc.

教科書および参考書/Textbook and References

教科書：内容が広範囲にわたるので特に使用しない。
参考書：必要に応じて紹介する。なおwebページ（下記）に一部の講義内容ダイジェストをアップする。http://www.material.tohoku.ac.jp/~kaimenb/lab.html

その他/In Addition

本講義は、【対面形式】で実施する予定です。ただし、新型コロナウイルス感染症等の状況により、実施方法等を変更する場合がありますので、当該講義のGoogle Classroomを随時確認してください。
This class will be conducted 【face-to-face】. However, the way to attend a class might be changed due to infection control for COVID-19. Please check out class information by Google Classroom.