固体イオニクス論 / Introduction to Solid State Ionics  

  雨澤 浩史, 佐藤 一永  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ

https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html

（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。

本講義では、固体内のイオン輸送現象を論じる。セラミックス、イオン結晶、ガラスを構成するイオンは、多かれ少なかれ、その中を移動し得る。中でもイオンによる電気伝導が顕著な材料は固体イオニクス材料と称され、燃料電池、電池、センサーの電解質、電極として使用されている。本講義では、固体におけるイオン・電子輸送の原理とその制御、取り扱いに関する基礎的事項を説明すると共に、その工学的応用について紹介する。

なお本講義は、Google Classroomを利用する場合がある。その場合のクラスコードは「qrdelxw」である。

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of the School of Engineering:

https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")

In this lecture, ionic transport phenomena in solids will be discussed. Ions in ceramics, ionic crystals, and inorganic glasses can move in varying degrees. Particularly solids showing excellent ionic conduction are called as solid state ionic conductors, and utilized as an electrolyte or electrode of fuel cells, batteries, and electrochemical sensors. In this lecture, basics of solid state ionics, such as mechanisms of ionic conduction in solid, will be first explained, and then advanced applications of solid state ionic conductors will be introduced.

This lecture may be held with Google Classroom (class code: qrdelxw).

  セラミックス材料学 / Ceramics Materials  

  髙村 仁  

  工  

   

   

１．目的

セラミックス材料の基礎と特にエレクトロデバイスへの応用について学ぶ。

２．概要

セラミックス材料の結晶構造、構造欠陥、拡散、相平衡などの基礎的事項について学ぶ。さらに、セラミックス材料の機能性と応用について、誘電性、イオン伝導性などのエレクトロデバイスに重要な基礎的事項とこれらの現象の応用について学ぶ。

３．達成目標

この授業では、主に以下のような能力を修得することを目標とする。

・本学科の学習・教育目標のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに関する能力を含めて修得する（*1備考欄参照）。

・セラミックス材料の結晶構造、構造欠陥、相平衡等の基礎的事項を理解し、説明することができる。

・誘電体、イオン伝導体の基礎を理解し、説明することができる。

・セラミックス材料の基礎と応用について理解し、説明することができる。

This course covers the fundamentals and applications of ceramics. The basic concepts of the inorganic materials such as crystal structure, defects, diffusion, phase equilibrium will be provided. In addition, functions such as dielectric and electronic properties will be explained.

  固体電子論 / Physics of Electrons in Solids  

  梅津 理恵, 岡本 範彦, 好田 誠  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ

https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html

（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。

最近の材料に利用されている多様な機能性の解明とその制御のためには、固体中の電子の挙動とそれに関する固体物理の基礎を理解することが必須である。固体中で電子、フォノン、フォトンが生み出す機能性について熱伝導現象、磁性および群論(結晶対称性)や物性テンソルなどを題材として紹介しながら固体物理学の基礎を学ぶ。

本授業は原則英語により行う。

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of the School of Engineering:

https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")

Solid state physics is getting important to understand the relation between various functionalities and materials. Especially, electron, phonon and photon play important to create new functionalities. In this course, students can deepen their understanding of fundamental solid state physics through various examples such as electrons, phonons, and photons in solids, including thermal conduction phenomena, magnetism, group theory (crystal symmetry), and the tensor of physical properties, as well as the fundamentals of solid state physics.

In principle, this class will be conducted in English.

  材料科学B / Materials Science B  

  小山 元道, 秋山 英二, 横山 俊  

  工  

   

   

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

 現代社会で用いられている固体材料における様々な機能の発現メカニズムについて学び，その機能を発現，安定化，向上させる材料組成・組織制御技術に関する知識を得る．

２．概要

 原子結合や組成，微細組織の制御に基づく材料機能の発現メカニズムを学び，構造材料，電子材料，光学材料，磁性材料，エネルギー変換材料，等の機能支配因子について論ずる．また，材料機能に深く関連する結晶構造，材料組成，微細組織等の観察・測定方法について学ぶ．

３．達成目標等

 材料の各種機能の発現メカニズム，および，社会で使用されている各種機能材料に関する基礎知識を習得する．

Google Classroom のコード：　　snstfz4

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)

1. Object

This lecture offers an opportunity to understand the origins of various physical and chemical functions of materials, which are necessary for the development of devices and equipment. The lecture will also focus on how to control and optimize the material functions for practical applications.

2. Summary

This lecture will discuss the relationship between atomic bonding/alignment in materials and various properties such as mechanical, thermal, electronic, optical, ionic, magnetic, and electrochemical properties. The operating principles of characterization techniques of morphology, structure, crystal structure, elemental composition, which are closely related to material functions, will be also lectured.

3. Goal

Students will understand the basic concepts of material functions and how to control them for practical applications.

Google Classroom Code：　　snstfz4

  電気化学 / Electron Transfer Chemistry of Materials  

  武藤 泉  

  工  

   

   

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)

この科目ではGoogle Classroomを使用して、講義資料と講義情報を発信します。

クラスコード: hswkzyo

1．目的

固体電極/電解質系においては，電極界面を通しての電子移動過程を伴う化学反応が生ずる。このような反応は電極反応と呼ばれ，エネルギー変換，情報変換および物質変換において重要な役割を果たしている。ここでは電極反応の基礎概念を学ぶことを目的とする。

2．概要

電気化学ポテンシャルの概念，起電力の発生機構，電極反応の熱力学，電極反応の速度論等の基礎知識について講義を行う。

3．達成目標等

・本学科の学習・教育目標のA，B，C，Dに関する能力を含めて修得する。

・電極電位の概念を理解し，電池の起電力を説明する事ができる。

・電極反応速度の概念を理解し，反応速度を決める要因を説明する事ができる。

・化学電池や金属腐食の原理を理解し，説明する事ができる。

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)

This course uses Google Classroom to provide lecture materials and lecture information.

Google Classroom: hswkzyo

Objective:

The purpose of this course is to acquaint students with fundamental knowledge about electrochemistry. This course deals with four aspects of electrochemical systems:

1. Ionics describing ion-ion interactions in solvents and conductance of electrolytes;

2. Electrode potentials describing Nernst equations and their applications;

3. Theories of electrode/electrolyte interfaces;

4. Kinetics of electrochemical reactions describing Butler-Volmer equations.

Outcomes:

Describe ion-ion interactions in solvents and conductance of electrolytes

Explain the concepts of electrochemical potential and current density, and to apply Nernst equation to electrochemical systems.

Describe the electrochemical double layer based on common models

Explain relationships between current density and electrode potential, and to extract kinetic parameters from electrochemical data.

This course includes our program outcomes of A, B, C, D.

  材料科学Ⅱ / Materials Science II  

  湯上 浩雄, 川田 達也  

  工  

   

   

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

 現代社会で用いられている構造材料，各種機能性材料を設計するために必要とされる，様々な機能の発現メカニズムとその機能を発現させる材料製造技術あるいは機能を安定化させる制御技術について学ぶ．

２．概要

 原子結合や微細組織の制御に基づく材料機能の発現メカニズムを学び，構造材料の強度物性の発現メカニズムと微細組織制御に主眼をおいた材料強度向上技術，あるいは電子材料・光学材料，エネルギー変換材料等の機能支配因子や機能発現に必須の加工・製造方法，最後に結晶構造や材料組成，微細組織等の観察・測定方法について学ぶ．

３．達成目標等

 各種材料に所望の機能や性能を付与するための基本知識を習得するとともに，社会で使用されている各種材料に対する基礎知識を習得する．

４．その他

 本講義は，Google Classroomを利用する場合がある．その場合のクラスコードは「oembw2z」である．

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)

1. Object

This lecture offers an opportunity to understand the origins of various physical and chemical functions of materials, which are necessary for the development of devices and equipment. The lecture will also focus on how to control and optimize the material functions for practical applications.

2. Summary

This lecture will discuss the relationship between atomic bonding/alignment in materials and various properties such as mechanical, thermal, electronic, optical, ionic, magnetic, and electrochemical properties. The operating principles of characterization techniques of morphology, structure, crystal structure, elemental composition, which are closely related to material functions, will be also lectured.

3. Goal

Students will understand the basic concepts of material functions and how to control them for practical applications.

4. Other

This lecture may be held with Google Classroom (class code: oembw2z).

  物性物理原論Ｂ / Solid State Physics B  

  松枝 宏明  

  工  

   

   

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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

１．目的

結晶の物性を系統的に理解するためには、周期場中の電子の挙動を学ぶ必要がある。この授業では、Ｂｌｏｃｈの定理を中心に固体内の伝導電子の挙動について、その基礎的な取り扱い方を学ぶ。

２．概要

量子力学と物性物理原論Ａで学んだ事を基にして、自由電子による金属の比熱や伝導現象を扱う。ついで、周期場中の電子に関するＢｌｏｃｈの定理を扱い、Ｂｌｏｃｈ関数の諸性質や電子のエネルギー帯形成についての一般論を学ぶ。種々の金属のバンド構造を概観し、外場による固体内のＢｌｏｃｈ電子の運動を半古典論の範囲で記述する方法を学ぶ。

３．達成目標等

この授業では主に以下のような能力を習得することを目標とする。

・金属結晶内部の電子の古典的な描像を理解する。

・個々の結晶の多様なバンド構造を理解する基礎を習得する。

・半導体・絶縁体の電子状態を記述する強結合近似を習得する。

資料掲載など必要に応じてGoogle Classroomを利用するので、確認するようにしてください。

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the School of Engineering:

https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

1. Purpose and Target

 Study the basic knowledge of Bloch theorem to understand the behavior of conduction and valence electrons in periodic potential of metallic and insulating crystals.

2. Outline

 Electric and thermal properties of free electrons in metals will be given based on the knowledge of quantum mechanics and solid state physics A．Bloch theorem in periodic potentials will be proved and applied to understand the basic properties of band structures and band gaps in various kinds of crystals. The course ends up with the brief introduction of response of conduction electrons to external electric and magnetic fields in wave packet form.

  界面化学 / Interfacial Chemistry  

  松本 祐司, 丸山 伸伍  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ

https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html

（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。

界面でどのように電子が移動し、また反応するのか、その基礎的理解は、光触媒やリチウムイオン電池などの電気化学デバイス、また、太陽電池やトランジスタなどの固体素子の開発に必要不可欠である。本講義では、固体の電子状態、特に半導体のバンド構造と電子統計の初歩的な理解から始まり、マーカス理論に基づく金属-液体界面で電荷移動反応、半導体物理に基づく半導体-金属、あるいは半導体-半導体界面での電流-電圧特性、さらには、光触媒作用や二次電池特性の理解には不可欠な半導体-液体界面，かつ物質-液体界面での電荷/イオン移動現象やについて、化学者の目線で、できるだけ平易な解説を試みる。

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of the School of Engineering:

https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")

For further improvement of electrochemical devices of photocatalysts and lithium ion batteries, and solid-state devices of solar cells and transistors etc.., the basic understanding of charge transfer processes of electrons or ions at an interface should be indispensable, and their resultant chemical reactions and/or physical transport phenomena taking place at the interface are important for their applications. This lecture will provide not only the basic knowledge of semiconductor physics such as the band theory and electron statistics, but also various topics of interfacial charge transfer phenomena, which include Marcus theory, and photocatalysis and charge/discharge in secondary batteries at a solid-liquid interface in electrochemistry, and diodes and transistors of a solid-solid junction in electronics. The explanations will be given in an easy way from the viewpoints of the chemists.

  材料科学Ⅱ / Materials Science II  

  雨澤 浩史, 千葉 大地, 野村 光  

  工  

   

   

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

 現代社会で用いられている固体材料における様々な機能の発現メカニズムについて学び，その機能を発現，安定化，向上させる材料組成・組織制御技術に関する知識を得る．

２．概要

 原子結合や組成，微細組織の制御に基づく材料機能の発現メカニズムを学び，構造材料，電子材料，光学材料，磁性材料，エネルギー変換材料，等の機能支配因子について論ずる．また，材料機能に深く関連する結晶構造，材料組成，微細組織等の観察・測定方法について学ぶ．

３．達成目標等

 材料の各種機能の発現メカニズム，および，社会で使用されている各種機能材料に関する基礎知識を習得する．

４．本講義は，Google Classroomを利用する場合がある．その場合のクラスコードは「d7o7nce」である．

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)

1. Object

This lecture offers an opportunity to understand the origins of various physical and chemical functions of materials, which are necessary for the development of devices and equipment. The lecture will also focus on how to control and optimize the material functions for practical applications.

2. Summary

This lecture will discuss the relationship between atomic bonding/alignment in materials and various properties such as mechanical, thermal, electronic, optical, ionic, magnetic, and electrochemical properties. The operating principles of characterization techniques of morphology, structure, crystal structure, elemental composition, which are closely related to material functions, will be also lectured.

3. Goal

Students will understand the basic concepts of material functions and how to control them for practical applications.

4. Other

This lecture may be held with Google Classroom (class code : d7o7nce).

  エネルギー変換化学 / Chemistry of Energy Conversion  

  本間 格, 岩瀬 和至, 大野 真之  

  工  

   

   

持続可能社会の基盤は再生可能エネルギー技術であると認識し、それらの要素技術であるエネルギー変換デバイスの基礎科学を概説する。特に電気化学エネルギーの変換・貯蔵に用いる太陽電池、燃料電池、二次電池などの電池デバイスの基礎物理化学を講義する。デバイス性能を決める材料物性や光電変換、電極反応、電荷移動速度などのイオンと電子のエネルギー変換プロセスの理解に必要なエレクトロニクスとイオニクスに関する基礎を講義する。

Google classroom code : dsschvm

Renewable energy technology is a base for sustainable society and this lecture covers science and technology of energy conversion chemistry and students learn their engineering principles on scientific bases. In particular, this lecture serves as a fundamental understanding of physical chemistry of electrochemical energy conversion devices such as solar cells, fuel cells and secondary batteries, which are very important energy technologies in the industry. This course aims to develop student's knowledge of electronics and ionics, and provides deep understanding of fundamental principles of material functionalities, photoelectric conversion, electrodics, charge transfer processess for practical devices.

Google classroom code : dsschvm