科目名 エコセラミックス(Ecoceramics)
担当教員 澤田 豊
単位数 2
授業区分 学部_選択(専門教育) 講義
年次配当 3
開講年度学期 2018年度 後期
授業概要・学習成果との関連 セラミックス(無機材料)における原子配列(結晶構造)や電子の状態と、電気的および光学的性質を関連付けて理解する。この講義ではケーススタディとして透明導電物質(セラミックス半導体)の構造と物性にテーマを絞ることによって、効率良くセラミックスを学習することをめざす。

<学習成果との関連>
透明導電膜は、全ての太陽電池、フラットパネルディスプレイ、タッチパネル、電子ペーパー、EL(エレクトロルミネセンス)照明などに不可欠である。また、窓ガラスにコートすると赤外線を遮蔽する冷暖房エネルギーの削減に貢献する。透明導電物質の研究は今世紀に急速に発展しセラミックスの教科書を書き換える発見をもたらした。最先端の研究を紹介して興味を喚起するとともに、入門者に不可欠な基礎的な事柄を可能な限り要領よく説明する。


到達目標 固体中の電気伝導機構を説明できる。
①抵抗率と電気伝導度の定義を説明できる。
②電気伝導度が電気素量とキャリア電子密度と易動度の積であることを説明できる。
③金属の場合に、密度と原子量から単位体積あたりの原子数を計算して、原子1個が自由電子1個を供給すると仮定した場合のキャリア電子密度を計算することができる。
④半導体の場合に、結晶構造と格子定数から単位体積あたりの原子数を計算し、不純物添加濃度からキャリア電子密度あるいはホール(正孔)密度を計算することができる。

バンドギャップの意味と重要性を説明できる。
①価電子帯と伝導帯とバンドギャップが何を意味するか説明できる。
②金属、n型半導体、絶縁体の違いをバンドギャップの違いとして説明できる。
②不純物添加と不純物のバンドならびにホールとp型半導体の意味を説明できる。
③電子ボルト(eV)の意味を理解してJ/molに換算することができる。
④温度とエネルギーの関係E=kTを説明できる。
⑤光子のエネルギーE=hν=hc/λを説明できる。
授業計画 1.無機化合物と材料研究の可能性
2.透明導電膜の用途
3.透明とは、色とは 
4.金属と絶縁体の違い
5.電気伝導度と抵抗率
6.エネルギーの色々
7.光の波長とエネルギー
8.電子軌道とバンドギャップ
9.金属、半導体、絶縁体とバンドギャップ
10.電子と正孔、n型およびp型半導体
11.金属光沢と電子
12.電子と正孔の移動経路
13.透明金属を創るための条件
14.p型酸化物半導体の仕組みと意義
15.まとめと学力考査
履修上の注意 講義で黒板に書いたことは素早く正確にノートに記載する。黒板に書かないことであっても、先生が言ったことはノートの余白に書く。理解度と学習態度を確認するためにノートを提出させる場合がある。
準備学習(予習,復習について) 1.用語の意味や代表的な例題解法などをインターネットなどで調べて理解し、プリントしたり、要点をノートに記録する。 
2.上記の予習復習は講義の前日に実行するのではなく、講義終了後なるべく早い時期に実行し、不明の点があれば学生同士で相談したり、メールで質問すること。メールは
sawada@chem.t-kougei.ac.jp 

*各回の準備学習の具体的な内容は、「ルーブリックへのリンク」からルーブリックを参照してください。準備学習は1項目あたり15~30分の学習内容になっていますので、目安にしてください。
成績評価方法,試験方法及び課題(試験やレポート等)に対するフィードバックについて 成績評価方法
全体を100点として評価する
(1)講義中の小テスト(3点×10回=30点)
(2)中間試験または課題レポート(10点×3回=30点)
(3)期末の学力考査(40点)
(4)出席が2/3に満たない場合は、単位認定はしない

試験方法
中間試験と期末の学力考査: 講義中の例題と同様の問題が基本。ただし、理解度を確認するために、発展的な応用問題を出題することがある。持込品については講義でアナウンスするが、原則として紙製の資料(ノート、参考書、プリント、コピー)のみ持ち込み可。電子機器(電卓、スマホ、PC類)は持込不可。 
教科書等 教科書なし(必要に応じてプリントを配布) 参考書は講義中に紹介

(※学内限定となります。)