第1章
基礎と分類
ナノ材料の概念、歴史、次元性に基づく分類の導入。量子閉じ込め効果と 表面効果を含むサイズ依存現象の理解。
定義と歴史
0D, 1D, 2D, 3D分類
表面積/体積比
量子閉じ込め
シリーズ概要
ナノ材料は、古典的な法則が崩れ始め、量子力学が材料挙動を支配する最先端の材料科学分野です。 ナノスケールでは、融点、光吸収、電気伝導度、化学反応性などの特性がバルク材料とは 劇的に異なります。ディスプレイの量子ドットからがん治療のナノ粒子まで、ナノ材料の 理解は現代の材料工学に不可欠です。
学習目標
- 次元性によるナノ材料の分類（0D, 1D, 2D, 3D）を理解する
- サイズ依存現象：量子閉じ込め効果と表面効果を説明できる
- 合成戦略：トップダウン法とボトムアップ法を習得する
- 主要評価技術：TEM, AFM, DLS, XPS, BETを使いこなす
- 独特の特性：光学・電気・磁気・触媒特性を理解する
- エレクトロニクス、エネルギー、医療、触媒への応用を学ぶ
前提知識
- 基礎的な量子力学（波動・粒子の二重性、エネルギー準位）
- 結晶学と材料科学の基礎
- 熱力学の理解（表面エネルギー、核生成）
- 分光法と顕微鏡法の基礎知識
章構成
第2章
合成戦略
トップダウン法とボトムアップ法の包括的な概要。機械的粉砕やリソグラフィーから 化学気相成長法やコロイド合成まで。
トップダウン法
ボトムアップ法
CVD・ALD
グリーン合成
第3章
評価技術
ナノ材料評価に不可欠な技術：電子顕微鏡法、走査プローブ法、 散乱法、分光分析法。
TEM・SEM
AFM・STM
DLS・BET
XPS・XRD
第4章
サイズ依存特性
ナノスケールでの特性変化の理解。光学特性、電子輸送、 磁気挙動、触媒活性の向上。
光学特性
電気特性
磁気特性
触媒特性
第5章
応用と将来展望
エレクトロニクス、エネルギー、医療、環境浄化における現在の応用。 AI支援設計や持続可能性に関する新たなトレンド。
ナノエレクトロニクス
ナノ医療
エネルギー貯蔵
AI駆動設計