学科・専攻紹介

分野紹介

材料機能分野

先進的で高機能な材料を開発するためには、材料の物理的な性質を深く理解して、これを応用する実践力が欠かせません。 材料機能分野では、「材料そのものの性質を機能的に応用する工学」に重点をおいて材料工学のスペシャリストを育成します。 とくに、燃料電池、太陽電池、熱電変換素子などに利用されるクリーンエネルギー材料、電子のスピンを制御するスピントロニクス材料、 自動車・航空機で使用する高強度構造材料など、未来の地球に優しい先端機能材料を開発しています。(画像クリックで、各写真の説明が表示されます。)

応用物理分野

エネルギー・環境問題の解決には、革新的な材料を創り、実用のデバイスやシステムを構成することが必要です。 応用物理分野では、統一的に学んだ幅広い物理の原理に基づいて、材料内部と環境において原子や分子が関わる ミクロからマクロまでの諸現象を解析し、材料の高性能化とその応用技術に貢献できる人材を育成します。 特に、スーパーコンピューターを活用するシミュレーション解析技術、ナノスケールでの計測・分析技術、ナノ加工・素子作成技術に焦点をあてます。(画像クリックで、各写真の説明が表示されます。)

学科の沿革

学科変遷図

カリキュラム

科目履修

1年
学科共通科目物理工学序論、材料物性基礎、物理現象と微分方程式、物理・材料数学
全学共通科目フレッシュマンセミナー、線形代数、微分積分及び演習、力学、電磁気学、基礎化学、AcademicEnglish、EnglishSeminar、体育実技
2年
基礎科目

材料機能分野

熱力学、解析力学、回折結晶学、材料物理学、物理・材料数学、量子力学、材料平衡論、移動速度論、固体物理、材料組織学、力学物性論

応用物理分野

熱力学、解析力学、量子力学、応用電磁気学、計測工学、物理数学、統計力学、連続体力学
実験・演習

応用物理分野

力学・電磁気学演習、統計熱力学演習、応用物理学実験
展開科目

応用物理分野

応用電磁気学、物理数学、計測工学
全学共通科目物理学実験、産業論、AcademicEnglish
3年
基礎科目

材料機能分野

固体物理

応用物理分野

固体物理、量子力学
実験・演習

材料機能分野

材料機能工学演習、材料機能工学実験

応用物理分野

量子力学演習、応用物理学実験
展開科目

材料機能分野

電気・電子材料、材料強度学、電気化学、反応速度論、エネルギー材料、熱物性論、溶融プロセス工学、構造・機械材料、磁性材料

応用物理分野

計測工学、シミュレーション工学、光学、流体物理、固体物理、量子ナノ計測
実践研究セミナー
4年
実験・演習

材料機能分野

材料機能工学セミナー
展開科目

応用物理分野

応用プロセス工学、応用光学

卒業研究

卒業研究

高度な実験装置やコンピュータも自分で操作します。得られた結果をもとに議論し、思考力を養うとともに、プレゼンテーション力も高めます。

卒業に必要な履修科目には共通教育科目と専門教育科目があります。
ここでは、物理工学科が開講する専門教育科目について紹介します。
(共通教育科目に関する簡単な説明は「共通教育カリキュラム」でご確認いただけます。)

物質の大きさがナノメートル(10億分の1)程度になると、物理的、化学的性質が変化し、従来のバルク材料にはない物性を発現するようになります。写真はAu–Co合金ナノ粒子を電子顕微鏡で撮影した画像です。

Fe-33mass%Niに生成したレンズ状マルテンサイト相の3次元構築像です。研磨と観察を繰り返すシリアルセクショニング法にて構築しています。レンズ状マルテンサイト相は、レンズ形状を持っていることが分かります。

新しい光デバイス材料を研究するためにレーザー光を使ったさまざまな光学実験をおこないます。これは、自分で設計し組み立てた分光装置を使って、大学院生が新しいナノ半導体材料の非線形光学特性を測定しているところです。

新たに開発したホイスラー化合物熱電材料を利用した熱電発電システムをバイクや自動車に搭載して、廃熱を電気エネルギーとして回収することにより、燃費の向上に寄与するとともに温室効果ガスの削減も期待できます。

金属酸化物は、身近な製品の全てで、その機能発現の鍵となっている材料です。本例では大規模なシミュレーションにより、実際と同じサイズのアルミニウム粒子が酸化膜を作る様子を、初めて明らかにしました。

レーザー光線は瞬時に物質を加熱して”爆発”させ、その分子・原子をバラバラにすることができます。真空中での発光を伴うこの爆発から、自然界には無いナノ構造をはじめとする新素材が合成されます。

室温合成カーボンナノファイバー(CNF)です。
ナノカーボンの一種のCNFを、独自のイオン照射手法を用いて室温合成できます。この手法を用いて、精密計測用探針の商用化やグラフェン等2次元材料合成の基礎研究に使えます。

自動車をさらに軽量化するために、金属や樹脂など異種材料の接着技術の改良が期待されています。本例では,軽金属(Al)とエポキシ樹脂との接着強度を調べるため、電子状態を直接計算する高精度なシミュレーションを,スパコンを大規模に用いて実現しました。