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表面・界面の物理学 / Physics of Surface and Interface

単位数: 2. 担当教員: 和田山智正. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TME-MSE304J. 開講言語: J.

主要授業科目/Essential Subjects

○

授業の目的・概要及び達成方法等

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

１．目的
工学材料を取り扱う上で重要な表面・界面の基礎的物性について学び、材料の特性や機能向上に表面・界面の物理が深く関与していることについて理解を深める。
また、固体や液体の表面・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、工学的諸問題解決の糸口をつかむ。
２．概要
材料の表面・界面において生ずる種々の現象について基礎的な解説を行う。また、そのような基礎的現象が実際の工業プロセスや製品とどのように関連するか講義する。
３．達成目標等
・本学科の学習・教育目標のＡ、Ｂ、Ｃ、Kに関する能力を含めて修得する。
・表面・界面の熱力学、表面張力、ぬれ、表面電子状態・結合状態といった項目について学習し、材料工学分野において表面・界面が関わる現象を正確に理解する。
講義は当面Zoomと対面によるハイブリットで進めます。講義資料（pdf）やZoomのアドレス等の情報はGoogle Classroomで逐次連絡いたしますので参照してください。

授業の目的・概要及び達成方法等(Ｅ）

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

Surface and interface phenomena of solids or liquids strongly correlate with industrial process. This course provides bases of condensed matter physics related to material’s surfaces and interfaces, such as surface thermodynamics, surface tension, wetting, gas adsorption, atomic and electronic structures of well-defined surfaces, electron-excitation from solid surface, thin film growth, analysis techniques for surface phenomena, etc.

他の授業科目との関連及び履修上の注意

材料（バルク）物性や実用材料を扱うあらゆる授業科目に関連している。

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

This lecture is related to all lectures for materials properties and applied practical materials.

授業計画

1．序論（表面・界面現象と材料）
2．表面の原子構造と電子状態　I．結晶構造、表面格子　
3．表面の原子構造と電子状態　II．再構成・緩和、表面化学結合
4．表面の原子構造と電子状態　III．仕事関数、表面からの電子放出
5．表面・界面の熱力学　I．表面自由エネルギー、エントロピー
6．表面・界面の熱力学　II．表面張力、接触角・ぬれ
7．表面・界面の熱力学　III．表面偏析、表面拡散
8．気体の吸着　I．速度分布、平均自由行程　　　　　　
9．気体の吸着　II．入射頻度、物理吸着・化学吸着
10．気体の吸着　III．吸着等温式、BET比表面積
11．表面・界面現象　I．薄膜成長様式、エピタキシ
12．表面・界面現象　II．摩擦・潤滑、接着
13．表面・界面現象　III．触媒反応　
14．表面・界面分析の基礎原理　　　　　　　　　　　
15．まとめと試験

授業計画(Ｅ）

1． Introduction （Materials surface & interface phenomena）
2． Surface atomic structure and electronic state　I．crystal structure, surface lattice　
3． Surface atomic structure and electronic state　II．reconstruction, relax, surface chemical bond
4． Surface atomic structure and electronic state　III．work function, electron emission from surface
5． Surface/interface thermodynamics　I．free-energy, entropy
6． Surface/interface thermodynamics　II．tension, contact angle, wetting
7． Surface/interface thermodynamics　III．segregation, diffusion
8． Gas adsorption　I．velocity distribution, mean-free-path　　　　　　
9． Gas adsorption　II．impingement rate、physisorption　&　chemisorption
10．Gas adsorption　III．adsorption isotherm,　BET specific surface area
11．Surface/interface phenomena　I．thin film growth, epitaxy
12．Surface/interface phenomena　II．friction/lubrication, adhesion
13．Surface/interface phenomena　III．catalysis　
14．Basics of surface/interface analysis　　　　　　　　　　　
15．Summary and semester examination

授業時間外学習

予習あるいは復習を兼ねた課題に対する時間を必要とする。

授業時間外学習（Ｅ）

Students are required to complete several subjects.

成績評価方法及び基準

定期試験の成績に出席状況を考慮して評価する。

成績評価方法及び基準(Ｅ）

Students are evaluated on their points from the semester test and attendance.

教科書および参考書

表面の物理学　　, A.Zangwill著　平木ら訳, 日刊工業新聞社 ISBN/ISSN: 4526029726
実験物理学講座１０　表面物性測定, 小間編, 丸善 ISBN/ISSN: 4621048252

オフィスアワー

木曜日、随時、マテリアル開発系教育研究棟A409室

オフィスアワー（Ｅ）

Thursday, Education and Research Building of Materials Science and Engineering, A409

備考

記号A-Mについては、マテリアル・開発系の教育目標を参照してください。
https://www.material.tohoku.ac.jp/department/purpose.html

その他

講義は対面で行います。講義資料（pdf）等はGoogle Classroomで逐次連絡いたしますので参照してください。