光機能材料学

Photo Functional Materials

9982501

82AMAMF305

勝又　健一

Ken-ichi Katsumata

2024年度後期

2024 Second Semester

木曜2限

2nd Period on Thursday

先進工学部　マテリアル創成工学科

Department of Materials Science and Technology, Faculty of Advanced Engineering

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

照明やテレビ、光通信などに用いられている光機能を持つ材料は、現代社会では欠かすことができないものになっている。これらの材料を支える物質の光機能の多くは、電子配置・電子の状態によって説明される。本講義では、そのような無機固体の光物性と、それを利用した材料の機能が理解できるように講義する。

Materials with optical functions used in lighting, television, and optical communications have become indispensable in modern society. Many of the optical functions of the materials that support these materials are explained by their electron configuration and electronic states. In this lecture, such photophysical properties of inorganic solids and the functions of materials using such properties will be lectured so that students can understand the functions of such materials.

本講義では無機固体の光学特性の基となる固体の電子物性の基礎と、それが材料工学へと展開していく過程を理解することが目的である。

The purpose is to understand the basics of electronic physical properties and the process by which it develops into materials engineering.

授業を通して、固体の光物性と電子構造の基礎とそれに基づく材料の光吸収・発光挙動、さらにその他の重要な光物性・機能が理解できるようになることが、目標である。

The goal is to be able to understand the basics of solid optical properties and electronic structures, the light absorption / emission behavior of materials based on them, and other important optical properties / functions through the lessons.

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

「材料の化学１」の内容を理解していることが望ましい。

It is desirable that students understand the contents of "Chemistry of Materials 1".

小テストの実施　Quiz type test

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授業の内容に関する資料を、LETUSを通じて配布する。授業の内容を理解するために、必ず配布資料を授業に持参すること。

Materials related to the content of the lessons will be distributed through LETUS. Be sure to bring handouts to the class to understand the content of the class.

授業にすべて出席し、その内容を理解していることを前提に2回の確認テストまたはレポート課題、最後に試験または期末レポート課題を行う。2回の確認テストまたはレポート課題と試験または期末レポート課題、毎講義の提出課題の結果を基に、総合的に成績を評価する。

Attend all classes and take two confirmation tests or report assignments, and finally an exam or final report assignment, assuming that you understand the content. Comprehensive evaluation of grades based on the results of two confirmation test or report assignments, exam or term-end report assignments, and assignments submitted for each lecture.

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

LETUSを通じて資料を配布する。

Distribute materials at LETUS.

［項目と内容］
1　固体のマクロな光物性I
固体の着色について理解する。
2　固体のマクロな光物性II
固体の光吸収、不純物、欠陥構造について理解する。
3　固体のマクロな光物性III
固体の光の反射・散乱、光の屈折・干渉について理解する。
4　遷移元素の電子構造I
d軌道の電子配置と結晶場理論について理解する。
5　遷移元素の電子構造II
配位化合物の吸収の分光化学系列、電子配置変化について理解する。
6　遷移元素の電子構造III
遷移元素の電子配置における高・低スピン状態、ヤーン・テラー効果について理解する。
7　確認テスト1またはレポート課題1
講義1〜6回について、確認テストと解説、またはレポート課題を行う。
8　電子エネルギー準位I
遷移元素の電子配置におけるスピン—軌道カップリング、スペクトル項について理解する。
9　電子エネルギー準位II
配位環境下でのスペクトル項について理解する。
10　電子エネルギー準位III
結晶場によるエネルギー準位の分裂、田辺-菅野ダイアグラムについて理解する。
11　電子遷移と選択律
固体の電子遷移、Laporte・スピン選択律、フランク・コンドン原理について理解する。
12　ルビーの光吸収と発光
固体の光吸収、振電緩和、内部転換、項間交差、蛍光、りん光について理解する。
13　確認テスト
講義8〜12回について、確認テストと解説を行う。
14　期末レポート課題
講義1〜12回について、期末レポート課題を行う。
15　光触媒について
光機能材料の一つである光触媒の基礎原理について理解する。

[Items and contents]
1 Solid macroscopic optical properties I
Understand the coloring of solids.
2 Solid macroscopic optical properties II
Understand the light absorption, impurities and defect structure of solids.
3 Solid macroscopic optical properties III
Understand the reflection / scattering of solid light and the refraction / interference of light.
4 Electronic structure of transition elements I
Understand the electron configuration of d-orbitals and crystal field theory.
5 Electronic structure of transition elements II
Understand the spectrochemical series of absorption of coordination compounds and changes in electron configuration.
6 Electronic structure of transition elements III
Understand the high / low spin states and Jahn-Teller effect in the electron configuration of transition elements.
7 Confirmation test 1 or report assignment 1
Confirmation test and commentary, or report assignments will be given for 1 to 6 lectures.
8 Electronic energy level I
Understand spin-orbit coupling and spectral terms in the electron configuration of transition elements.
9 Electronic energy level II
Understand the spectral term in the coordination environment.
10 Electronic energy level III
Understand the energy level splitting by crystal fields and the Tanabe-Sugano diagram.
11 Electronic transitions and selection rules
Understand the electronic transitions of solids, the Laporte-spin selection rule, and the Franck-Condon principle.
12 Ruby light absorption and emission
Understand solid light absorption, vibration relaxation, internal conversion, intersystem crossing, fluorescence, and phosphorescence.
13 Confirmation test
Confirmation tests and explanations will be given for 8 to 12 lectures.
14 Term-end report assignment
Final report assignments will be given for 1 to 12 lectures.
15 About photocatalyst
Understand the basic principle of photocatalyst, which is one of the optical functional materials.

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