無機材料学

Inorganic Materials Science andEngineering

9982402

82MSINM201

望月　泰英

Yasuhide Mochizuki

2026年度後期

2026年度

②Second semester

木曜5限

5th 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

2.00単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

陶磁器やセメント・ガラスから電子部品、航空・宇宙・エネルギー材料まで幅広く用いられている無機材料は、現代社会では欠かすことができないものになっている。これらの材料の性質の多くは、材料を構成する物質の固体構造や材料作製プロセスで形成される組織によって説明される。本講義では、そのような無機材料の基礎的な固体構造、作製プロセスと物性の関係を、その評価・観察方法にも触れながら解説する。さらに、原子軌道の重なりから生じるバンド構造を出発点として、電気伝導・熱電変換・光学的性質・磁気的性質・誘電的性質・イオン伝導といった無機材料の諸機能を、結晶構造との対応を軸に解説する。発展的な話題として、無機材料が示す興味深い物性の一例である超伝導も取り上げる。

Inorganic materials, which are widely used in ceramics, cement, and glass, electronic devices, aerospace, and energy materials, have become indispensable in modern society. Many of the properties of these materials are explained by the solid structure of the materials that comprise them and the texture formed during fabrication. In this lecture, we will explain the basic solid structures of these inorganic materials, the relationship between their manufacturing processes and their physical properties, and the methods for evaluating and observing them. Furthermore, starting from the band structure that arises from the overlap of atomic orbitals, we will explain the various functions of inorganic materials, such as electrical conduction, thermoelectric conversion, optical properties, magnetic properties, dielectric properties, and ionic conduction, focusing on their correspondence with crystal structures. As an advanced topic, we will also cover superconductivity as an example of the interesting physical properties exhibited by inorganic materials.

学科のカリキュラムおよびディプロマ・ポリシーに定める「『既存の工学の枠を超えて、自由な発想で基礎科学の融合と展開を図り、産業の発展に寄与する新しい材料と新しい工学を創出する』という材料工学の理念に基づいた、『材料工学の専門を基盤として社会に貢献するクリエイティブな人材の育成』という教育目的」に沿って、本講義では無機材料の基礎と、その有用性と発展性を理解できるようになることが目的である。

The material stipulated in the curriculum and diploma policy of the department, "Beyond the existing framework of engineering, we will integrate and develop basic science with
free ideas and create new materials and new engineering that contribute to the development of industry." In line with the educational purpose of "cultivating creative human resources who contribute to society based on the specialty of materials engineering," which is based on the philosophy of material engineering, this lecture will explain the basics of inorganic materials, their usefulness, and their development. This course aims to enable students to understand those.

授業を通して、無機材料の物性の基礎となる無機固体物質の構造と相変化、それに基づく作製プロセス、さらに無機材料で重要となる熱的・機械的性質と、電子状態に由来する諸機能が理解できるようになることが、目標である。具体的には、次の3点を到達目標とする。

1. 無機固体の結晶構造と格子欠陥を記述でき、X線回折によってそれらを同定する原理を説明できる。
2. 熱力学に基づいて相の安定性と相変化を判断でき、それに基づく無機材料の作製プロセスを説明できる。
3. 結晶構造と物性の対応関係を、具体的な無機材料を例に挙げて説明できる。

Through the courses, the goal is to understand the structure and phase change of inorganic solids, which are the basis of the physical properties of inorganic materials, the manufacturing process based on them, the thermal and mechanical properties that are important for inorganic materials, and the various functions derived from their electronic states. Specifically, the outcomes are the following three points.

1. Students can describe the crystal structures and lattice defects of inorganic solids, and explain the principles of identifying them by X-ray diffraction.
2. Students can judge the stability of phases and phase changes based on thermodynamics, and explain the manufacturing processes of inorganic materials based on them.
3. Students can explain the correspondence between crystal structure and physical properties, using specific inorganic materials as examples.

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を前提として、授業を進める。

The class will proceed on the premise that you understand the contents of "Chemistry of Materials 1".

課題に対する作文　Essay／小テストの実施　Quiz type test

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授業の予習または復習すべき内容に関する演習問題を、授業内またはLETUSを通じて示す。授業内容を理解するために、必ず演習問題に取り組むこと。また、講義内容の理解を助けるための可視化教材（ブラウザ上で動作するシミュレーター）を研究室ウェブサイト（https://mochizuki-tus.github.io/education.html）で公開しているので、予習・復習に活用すること。

Exercises will be given in the class or through LETUS for preparation and review. Students should do them every time. In addition, interactive simulators that run in a web browser are available on the laboratory website (https://mochizuki-tus.github.io/education.html) to help students understand the content of the lectures. Students are encouraged to use them for preparation and review.

第15回に実施する筆記試験、授業内で実施する演習課題の結果をもとに総合的に到達度を評価します。演習課題（生成AIの使用禁止）に明らかな剽窃が見つかった場合には、コピー元、コピー先に関わらず大幅減点の対象となりますので注意してください。

筆記試験における不正行為について（大学からのメール内容一部抜粋）
筆記試験は、皆さん一人ひとりの学修状況を正当に評価するためのものです。不正行為が認められた場合、厳しい懲戒処分を受けるだけでなく、本科目だけでなく当該学期に試験を実施した全科目の試験の点数が零点となります。以下の行為は絶対に行わないでください。
(1) カンニングペーパーを用いる行為
(2) 筆記用具等への細工による行為
(3) 身体、所持品、机、壁等への書き込みによる行為
(4) 持ち込みが許可されていない教科書その他道具類を使用する行為
(5) 故意に虚偽の名前又は学籍番号を用いる行為
(6) 代理受験を依頼又は代理受験をする行為
(7) 他人の解答を覗き見る行為又は他人に教える若しくは教わる行為
(8) その他、試験の公正を害すると認められる行為

試験時間中は、担当教員が許可したものを除き、すべての電子機器（携帯電話、スマートフォン、ウェアラブル端末（スマートウォッチやスマートグラス等）、タブレット端末、電子辞書、ICレコーダー、イヤホン、音楽プレーヤー等）の使用を認めません。時計としての使用も認めません。電子機器をかばん等の中にしまわず身に着けていた場合には、受験者の故意・過失に関わらず、その電源が切られている状態であっても不正行為とみなしますので、十分注意してください。

The level of achievement is evaluated comprehensively based on the results of the written examination given in the 15th class and the exercise assignments given in the classes. The use of generative AI is prohibited for the exercise assignments. Please note that if clear plagiarism is found in an exercise assignment, a significant deduction of points will be made regardless of the copy source or copy destination.

Regarding misconduct in the written examination (partial excerpt from an announcement from the university) The written examination is intended to fairly evaluate each student's own learning. If misconduct is found, the student will not only be subject to severe disciplinary action, but will also receive a score of zero on the examinations of all subjects for which examinations were held in that semester, not only this course. The following acts must never be committed.
(1) Using a cheat sheet,
(2) Tampering with writing implements or similar items,
(3) Writing on one's body, belongings, desk, walls, etc,
(4) Using textbooks or other materials that are not permitted to be brought in,
(5) Intentionally using a false name or student ID number,
(6) Asking another person to take the examination on one's behalf, or taking an examination on behalf of another person,
(7) Looking at another person's answers, or telling answers to or being told answers by another person, and
(8) Any other act deemed to impair the fairness of the examination

During the examination, the use of all electronic devices (mobile phones, smartphones, wearable devices such as smartwatches and smart glasses, tablets, electronic dictionaries, IC recorders, earphones, music players, etc.) is prohibited unless permitted by the instructor. Their use as a clock or watch is also not permitted. If an electronic device is worn or carried on the person rather than stored in a bag or the like, it will be regarded as misconduct regardless of whether the student intended it and even if the device is powered off. Please take due care.

・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

Y

鈴木義和　セラミックス科学　基礎から応用まで　（講談社）

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://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

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

授業中に適宜例示するが、一部を示す。
Kingery, "Introduction to Ceramics" Wiley
M. Weller, T. Overton, J. Rourke, F. Armstrong 著, 田中 勝久, 髙橋 雅英, 安部 武志, 平尾 一之, 北川 進 訳, シュライバー，アトキンス　「無機化学」（上・下）　東京化学同人
鈴木 義和　「セラミックス科学　基礎から応用まで」　講談社
平尾一之ら共著　「無機化学-その現代的アプローチ-」　東京化学同人
佐々木義典ら共著　「結晶化学入門」　朝倉書店

全対面授業回の受講を原則とします。尚、成績評価点は「成績評価方法」に従います。

回　項目　目標
01回目　1．無機材料学の全体像　　　　　　 無機材料の広がりと，構造・物性・応用のつながりを俯瞰できる
02回目　2．無機材料の構造と評価　　　　　 単位格子，7つの結晶系と14のBravais格子，最密充填構造と間隙について説明できる
03回目　2．無機材料の構造と評価　　　　　 半径比則とPaulingの規則から，代表的なイオン結晶構造を説明できる
04回目　2．無機材料の構造と評価　　　　　 Braggの条件と構造因子から，X線回折パターンの指数付けと消滅則を説明できる
05回目　2．無機材料の構造と評価　　　　　 点欠陥の平衡濃度を計算でき，不定比化合物と固溶体について説明できる
06回目　3．無機材料の熱力学と作製プロセス 自由エネルギーから相の安定性を判断でき，格子エンタルピーを求められる
07回目　3．無機材料の熱力学と作製プロセス 二元系状態図を読み，てこの原理で相分率を求められる
08回目　3．無機材料の熱力学と作製プロセス 表面・界面エネルギーと臨界核半径から，核生成と粒成長を説明できる
09回目　3．無機材料の熱力学と作製プロセス 粉体・薄膜・単結晶・焼結体の作製プロセスを，目的に応じて選択できる
10回目　4．無機材料の熱的・機械的性質　　 比熱・熱伝導・熱膨張の起源を説明でき，脆性材料の強度分布を扱える
11回目　5．無機材料の電子物性　　　　　　 分子軌道からバンドが形成される過程を説明でき，金属・半導体・絶縁体を区別できる
12回目　5．無機材料の電子物性　　　　　　 熱電変換の性能指数を論じ，超伝導体の特徴を結晶構造と関連づけて説明できる
13回目　6．無機材料のさまざまな機能　　　 光の吸収と発光の機構を説明でき，磁性の型を判別できる
14回目　6．無機材料のさまざまな機能　　　 分極機構とイオン伝導を構造から説明でき，講義全体を体系的にまとめられる
15回目　筆記試験


(1st class) 1. Overview of inorganic materials science / Overview the breadth of inorganic materials and the connection between structure, properties, and applications
(2nd class) 2. Structure and characterization of inorganic materials / Explain the unit cell, the seven crystal systems and the fourteen Bravais lattices, and close-packed structures and their interstices
(3rd class) 2. Structure and characterization of inorganic materials / Explain typical ionic crystal structures based on the radius ratio rule and Pauling's rules
(4th class) 2. Structure and characterization of inorganic materials / Explain the indexing of X-ray diffraction patterns and systematic absences from the Bragg condition and the structure factor
(5th class) 2. Structure and characterization of inorganic materials / Calculate the equilibrium concentration of point defects, and explain nonstoichiometric compounds and solid solutions
(6th class) 3. Thermodynamics and fabrication processes of inorganic materials / Judge the stability of phases from free energy, and determine the lattice enthalpy
(7th class) 3. Thermodynamics and fabrication processes of inorganic materials / Read binary phase diagrams and determine phase fractions using the lever rule
(8th class) 3. Thermodynamics and fabrication processes of inorganic materials / Explain nucleation and grain growth from surface and interfacial energies and the critical nucleus radius
(9th class) 3. Thermodynamics and fabrication processes of inorganic materials / Select fabrication processes for powders, thin films, single crystals, and sintered bodies according to the purpose
(10th class) 4. Thermal and mechanical properties of inorganic materials / Explain the origins of specific heat, thermal conduction, and thermal expansion, and handle the strength distribution of brittle materials
(11th class) 5. Electronic properties of inorganic materials / Explain how bands are formed from molecular orbitals, and distinguish metals, semiconductors, and insulators
(12th class) 5. Electronic properties of inorganic materials / Discuss the figure of merit of thermoelectric conversion, and explain the characteristics of superconductors in relation to their crystal structures
(13th class) 6. Various functions of inorganic materials / Explain the mechanisms of light absorption and emission, and distinguish the types of magnetism
(14th class) 6. Various functions of inorganic materials / Explain polarization mechanisms and ionic conduction from the structure, and summarize the whole lecture systematically
(15th class) Achievement examination

講義内容の理解を助けるための可視化教材（ブラウザ上で動作するシミュレーター）を研究室ウェブサイト（https://mochizuki-tus.github.io/education.html）で公開しているので、予習・復習に活用すること。

Interactive simulators that run in a web browser are available on the laboratory website (https://mochizuki-tus.github.io/education.html) to help students understand the content of the lectures. Students are encouraged to use them for preparation and review.

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