科学技術振興機構.
参考文献の役割と書き方
.
科学技術情報プラットフォーム.
https:/
🏠
🏠
| 部門記号 | 説明 |
|---|---|
| 👨🏫 A. 土木及び建築 | 一般・構造／試験・ 検査・測量／ 設計・計画／設備・建具／ 材料・部品／施工／施工機械器具 |
| B.（一般機械） | 機械基本製図 ／機械部品類／ＦＡ共通／工具・ジグ類／工作用機械／ 光学機械・精密機械 |
| 👨🏫 C.（電子機器及び電気機械） | 測定・試験用機器用具／材料／ 電線 ・ケーブル・電路用品／電気機械器具/通信機器・電子機器・ 部品／ 電球・ 🚂 照明 器具・配線器具・ 電池／家電製品 |
| 👨🏫 D.（ 自動車） | 試験・検査方法／共通部品／ エンジン／シャシ・車体／電気装置・計器／建設車両・産業車両／修理・調整・試験・検査器具／自転車 |
| 👨🏫 E.（鉄道） | 線路一般／電車線路／信号・保安機器／ 鉄道車両一般／動力車／客貨車／綱索鉄道・索道 |
| 👨🏫 F.（ 船舶） | 船体／ 機関／電気機器／航海用機器・計器／機関用諸計測器 |
| 👨🏫 G.（ 鉄鋼） | 分析／原材料／鋼材／鋳鉄・銑鉄 |
| 👨🏫 H.（ 非鉄金属） | 分析方法／原材料／伸銅品／その他伸展材／鋳物／機能性材料／加工方法・器具 |
| 👨🏫 K.（化学） | 化学分析・環境分析／ 工業薬品／ 石油・ コークス・ タール製品／脂肪酸・ 油脂製品・ バイオ ／染料原料・中間物・ 染料 1 ) ・ 火薬／ 顔料・ 塗料／ ゴム／ 皮革／ プラスチック／ 写真材料・薬品・測定方法／試薬 |
| 👨🏫 L.（ 繊維）） | 試験・ 検査／糸／織物／ 繊維製品／繊維加工機器 |
| 👨🏫 M.（鉱山） | 採鉱／選鉱・選炭／運搬／保安／鉱産物 |
| 👨🏫 P.（パルプ及び紙） | パルプ／ 紙 2 ) ／ 紙工品／試験・測定 |
| 👨🏫 Q.（管理システム） | 標準物質／ 管理システム等 |
| 👨🏫 R.（ 窯業） | 陶磁器 ／ 耐火物・断熱材／ ガラス・ガラス繊維／ほうろう／ セメント／研磨材・特殊窯業製品／ 炭素製品 ／窯業用特殊機器 |
| S.（ 日用品） | 家具・室内装飾品／ガス石油燃焼機器・食卓用品・台所用品／身の回り品／はきもの／ 🚂 文房具・事務用品／運動用具／娯楽用品・ 🚂 音楽用品 |
| 👨🏫 W （航空） | 専用材料／標準部品／機体／エンジン／計器／電気装備／地上設備 |
| 👨🏫 X （情報処理 ） | プログラム言語／ 図形・文書処理・文書交換／ＯＳＩ・ＬＡＮ・データ通信／出力機器・ 記録媒体 |
| Z | 物流機器／包装材料・ 容器・包装方法／共通的試験方法／溶接／放射線／マイクログラフィックス／基本／環境・資源循環／ 工場管理・ 品質管理 ／ 単位 |
標準化の対象にデータ、サービス、経営管理等を追加し、「日本工業規格(JIS)」 を「日本産業規格(JIS)」に、法律名を「産業標準化法」に改めました。
人類は、 産業革命で、さまざまな 材料を手にして飢餓から解放されるかわりに、劣悪な労働環境を受け入れました。 3 ) 同時に大気中の 二酸化炭素が増え始めました。
ぼくらがまだホモサピエンスと呼ばれる前から人類は火を使ってきた。 夜に明かりをとったり虫やほかの獣をよけたり。 食べ物に火を入れることで、食あたりもしにくくなった。
ぼくらが石器をつかうようになって、いろいろ工夫しているうちに火を入れることで焼きしまることを見つけ出した。 ついで土を使うことで自由自在にかたちを保存できる土器もつくれるようになった。
薪を燃やしたときの炎はたかだか７００度。 うまく空気を吹き込むことで炎の勢いを増して丈夫で美しく機能的な土器を作れるようになってきた。 もっともすばらしい発明は、そこに食材と水と灰をいっしょにいれて煮込むことだった。 土器（ポット）と灰（アッシュ）を使った料理は、ぼくらがホモサピエンスと呼ばれて数千年を経た今でも ポタージュという名残りとなっている。
土器、陶器、磁器とより硬く美しい器を作るために必要なことは よい土を探すことと、よい薪を探すこと、そしてそれらを高温で焼き上げるよい窯を作ることだった。 より高温にするためには熱エネルギーできるだけ外に逃げないように窯に閉じ込めると同時に 燃料である薪に空気を効率よく送ることが必要だった。 燃焼速度を最大限に上げて窯の中に閉じ込めることで、 ぼくらは１２００度にもなる温度を手にしたのだった。 このぐらいの温度で焼き占めた磁器は弾くとチンチンと金属的な響きがして、 割った端面は貝のように滑らかだった。 釉薬をぬって焼き上げた磁器の表面はきらきらと輝き 美しい色彩であるときは繊細な模様がまたあるときは豪奢な絵柄が描かれた。
| 金属材料 | 非金属材料 | 複合材料 | ||
|---|---|---|---|---|
| 鉄鋼材料 | 非鉄金属材料 |
セラミックス ガラス |
||
|
炭素鋼
合金鋼
鋳鉄
鋳鋼
|
金・銀
・
銅
マグネシウム
ニッケル
チタン
🏞
亜鉛
|
繊維強化プラスチック
繊維強化金属
金属強化セラミックス
|
||
製品の源になる 固体を材料と言います。 材料は、その材質の違いにより金属材料と非金属材料に分類されます 4 ) 。
狭い意味で、材料といったとき、常温常圧で固体の 状態の 物質を指すことがあります。
純物質としての 金属は、柔らかすぎるので、混合物の合金が使われます。広い意味での混合物の固体材料を複合材料と呼ぶことがあります。
機能性材料と 建築材料があります。 機能性材料には、 良導体、絶縁材料、誘電材料、 磁性材料、半導体材料などがあります。
| 分類 | 原材料 | 製品 | ||
|---|---|---|---|---|
| セラミックス | クラシックセラミクックス | 土器 | 粘土 | 瓦・レンガ 甕 壺 |
| 🚂 陶器 | 陶石 | 食器 | ||
| 🚂 磁器 | 陶石 | 🚂 実験器具 | ||
| ニューセラミクックス | 🏞 アルミナ | |||
| ファインセラミクックス | 生体関連 | |||
| エネルギー関連 | シリコンカーバイド | |||
| 情報通信関連 | チタニア | |||
| 🏞 ガラス | ソーダガラス | ケイ酸塩 | 板ガラス・ガラス瓶・ガラス繊維 | |
| カリガラス | ケイ酸塩 | 実験用器具 | ||
| 鉛ガラス （クリスタルガラス） |
ケイ酸塩 | 装飾品 | ||
| ホウケイ酸ガラス （耐熱ガラス） |
ケイ酸塩 | 電球、ガラス器具 | ||
| セメント | ポルトランドセメント | 粘土・石灰石 | 土木・建築 | |
無機固体材料を製造するのを
| 化学結合の種類 | 結晶 | 性質や特色 | 物質の例 |
|---|---|---|---|
| イオン結合 | イオン結晶 | 固体 は 導電率が小さい（絶縁体）。水溶液や溶融塩は 導電率が大きい。 （ キャリア ：イオン）。 | 塩化ナトリウム、塩化銀、水酸化ナトリウム、 酸化アルミニウム |
| 共有結合 | 分子結晶 | 分子式 で表す。融点や沸点は低い。 | 酸素、アンモニア、水※1、ドライアイス |
| 共有結合の結晶 | フェルミ準位 はバレンス バンド中にあり、電子はそこに局在化している（共有電子）。 局在化した電子の負電荷と原子核の正電荷で結合している。 黒鉛 や 導電性高分子は、π電子共役系の非局在化した電子により電気を通す。黒鉛は、 半金属と呼ばれる。 | ダイヤモンド、 黒鉛、 🏞 ケイ素 水晶 、石英※2 | |
| 金属結合 | 金属の結晶 | 導電率 が大きい（ キャリア ： 自由電子）。 コンダクションバンド中にフェルミ準位があるので、電子が非局在化している。 | 🏞 鉄、 銅、 亜鉛、 🜀 アルミニウム リチウム |
8086のインテルのゴードンムーアも、Z80の嶋正利も化学を学んでいました。
※1.水分子は共有結合に分類されるが、液体の水はわずかに電離して電気を流す。 このイオン結合的な性質を、極性分子と表現する。
※2.ケイ酸塩のケイ酸はイオン結合に分類されるが、共有結合としての性質が強く、焼成などで成型することができる。
✍ 234 共有結合の黒鉛が電気を流す理由を考えよう| 分類 | 原材料 | 焼成温度 | 特性 | 製品 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 土器 | 粘土 | 700～900 | 多孔質吸水性 | 瓦、植木鉢、 れんが | |
| 陶器 | 粘土 、 長石、陶石、ロウ石 | 1000～1200 | 多孔質吸水性 | 食器、タイル、キッチン、トイレ | 炻器 | 粘土 | 1200～1300 | 吸水率1～2％以下 | 火鉢、 碍子、陶器瓦、食器、タイル、キッチン | 磁器 | 粘土 、 長石 石英 | 1300～1450 | 吸水性無し | 食器、碍子、タイル |
火を使って焼く伝統的な セラミックス です。 高い焼成温度が必要な ニューセラミックスには、 電気炉が必要です。
土器（ポット）が無かったら 水で煮炊きできません。煮炊きできなければ、 デンプンは食べられません。 土器は人類が手にした最初の加熱 容器です。
１７世紀、 重商主義により東南アジアとヨーロッパの交易がさかんになると、香辛料・ 綿織物・ 絹織物・ 陶磁器・茶などのアジアの特産品をヨーロッパにもたらされました。 特に中国のボーンチャイナは重宝されました。
| 分類 | 例 | 特徴 | 反応物 | 生成物 |
|---|---|---|---|---|
| 均一触媒 | 酸、アルカリ、金属錯体、生体触媒 | 転嫁率と選択率が高い反面、生成物と触媒の分離が必要 | ||
| 不均一触媒 | 粉末や多孔体などの固体、固定化生体触媒 | 反応物と生成物とまじりあわない。分離が容易。気体や液体 | ||
| 🏞 白金 | 燃料電池 自動車 の 排ガス 浄化触媒 8 ) 9 ) | |||
| ニッケル | ナフサ | 水蒸気改質による 水素 10 ) | ||
| 塩化水銀・硫酸水銀 | 水俣病を引き起こした。 以来、元素規制。 | カーバイト | 塩化ビニル・ | |
| 🏞 アルミナ | 石油の脱硫 | |||
| 🏞 ゼオライト | 石油のクラッキング | |||
| 二酸化チタン | 水素 | 光分解の 光触媒 11 ) | ||
| ルテニウム触媒 | 水素、窒素 | アンモニア ハーバーボッシュ 食塩電解 | ||
| 固定化生体触媒 | 微生物・動物・植物の細胞、酵素 | 発酵 医薬品 |
触媒を使うと 平衡論的には不利であるが有用な反応を選択的に起こさせることができる。
量論プロセスを触媒プロセスに換えることで、生産効率（収率）をあげることができる。 12 )
不均一固体触媒では、バルクより表面が重要である。
生体触媒を使う反応器をバイオリアクター 13 ) 14 ) 15 ) と言います。
👨🏫 KSPテクノプラザ 光触媒ミュージアム 🏞 白金| エネルギー源 | 分類 | 説明 | |
|---|---|---|---|
| 👨🏫 燃料 | 登り窯 | セラミックスの中でも、 1300℃程度までの、クラシックセラミックスや伝統的な 陶磁器に使います。 | |
| ガス炉 | |||
| コークス炉 溶解炉（ 高炉、転炉、キューポラ） 焼却炉 | |||
| 電気 | 電気炉 焼成炉（セラミックス） 焼結炉（金属粉末） 溶解炉（溶融塩） 乾燥炉 | ヒーターの材料で温度の上限が決まります | |
| 👨🏫 高周波 | 誘導炉 | ||
| 原子力 | 原子炉 |
工業炉は、 化学プラントの加熱設備です。 単位操作 、 反応操作いずれにも使います。
熱処理炉とは、鋼などの金属を一定の温度以上に 加熱し、冷却することで金属の組織や性質を改善・硬化するための炉です。主に、焼入れ炉、焼戻し炉、焼なまし（焼鈍）炉、焼ならし（焼準）炉などの種類があります。
また、焼入れの際の処理方法として全体熱処理や表面熱処理があり、それぞれに適した炉が製造されています。全体・表面熱処理の加工ができる炉を「熱処理炉」と呼ぶのが一般的です。熱処理炉には、浸炭炉や窒化炉、真空炉なども分類され、処理品の加工目的に応じて使い分けられています。
* 🚂 炉| 化学結合の種類 | 結晶 | 性質や特色 | 物質の例 |
|---|---|---|---|
| イオン結合 | イオン結晶 | 固体 は 導電率が小さい（絶縁体）。水溶液や溶融塩は 導電率が大きい。 （ キャリア ：イオン）。 | 塩化ナトリウム、塩化銀、水酸化ナトリウム、 酸化アルミニウム |
| 共有結合 | 分子結晶 | 分子式 で表す。融点や沸点は低い。 | 酸素、アンモニア、水※1、ドライアイス |
| 共有結合の結晶 | フェルミ準位 はバレンス バンド中にあり、電子はそこに局在化している（共有電子）。 局在化した電子の負電荷と原子核の正電荷で結合している。 黒鉛 や 導電性高分子は、π電子共役系の非局在化した電子により電気を通す。黒鉛は、 半金属と呼ばれる。 | ダイヤモンド、 黒鉛、 🏞 ケイ素 水晶 、石英※2 | |
| 金属結合 | 金属の結晶 | 導電率 が大きい（ キャリア ： 自由電子）。 コンダクションバンド中にフェルミ準位があるので、電子が非局在化している。 | 🏞 鉄、 銅、 亜鉛、 🜀 アルミニウム リチウム |
8086のインテルのゴードンムーアも、Z80の嶋正利も化学を学んでいました。
※1.水分子は共有結合に分類されるが、液体の水はわずかに電離して電気を流す。 このイオン結合的な性質を、極性分子と表現する。
※2.ケイ酸塩のケイ酸はイオン結合に分類されるが、共有結合としての性質が強く、焼成などで成型することができる。
✍ 234 共有結合の黒鉛が電気を流す理由を考えようケイ素と酸素の結合は、共有結合とイオン結合の中間。それが ガラス をはじめとした多彩なセラミックス材料を生み出します。
陶芸の歴史 勝手に陶芸を科学する http://igloss.web.fc2.com/cray/firing.htm| 分類 | 構造の概略 | Si : O | 例 | |
|---|---|---|---|---|
| ネソケイ酸塩 | 独立したSiO4四面体. 四面体の間に Fe や Mg が存在している。 | 1:4 | カンラン石（オリビン），ザクロ石，ケイ線石 | |
| ソロケイ酸塩 | 2つの 四面体 が1個の酸素を共有 | 2:7 | ゲーレン石，異極鉱，ローソン石 | |
| シクロケイ酸塩 | 四面体 の閉じた輪，2個の酸素を共有 | 1:3 | 緑柱石，キン青石，電気石 | |
| イノケイ酸塩 | 四面体 の連なった単一の鎖，2個の酸素を共有 | 1:3 | 輝石，ケイ灰石 | |
| 四面体 の連なった2本の鎖，2個または3個の酸素を共有 | 4:11 | 角閃石 | ||
| フィロケイ酸塩 | 四面体 が連なった平面，3個の酸素を共有 | 雲母，緑泥石（クロライト），カオリナイト | ||
| テクトケイ酸塩 | 四面体 が連なった3次元的網目構造。4個の酸素を共有 | ◇ 石英，長石，沸石 |
石は、 材料として使われてきました。 石器は 刃物を作り、積み上げた石は、 調理のための 焜炉を作り、建築のための城壁も作りました。 今では、コンクリートが土台を作っています。
| 分類 | 天然高分子化合物 | 合成高分子化合物 |
|---|---|---|
| 有機高分子化合物 | デンプン セルロース （ パルプ、 紙） タンパク質 | プラスチック 合成繊維 合成ゴム |
| 無機高分子化合物 | アスベスト 、石英（水晶） 雲母、 粘土 | ガラス 、 ケイ素（半導体） 合成粘土 |
1920年代に、高分子の存在を発表したH.Staudingerは、当時の有力化学者から強い反論を受けました。 1930年代には、高分子化学が学問として認められるようになりました。 17 )
セルロース、ナイロン、ポリアセンのような一次元の高分子化合物、グラフェン、粘土のような二次元の高分子化合物、 ダイヤモンド、石英、ケイ素のような三次元の高分子化合物に分類されると考えられます。 いずれもおおむね共有結合なので、室温では固体です。
炭素やケイ素の化合物です。 造岩鉱物も 高分子化合物と言えるでしょう。
炭素材料は、無機高分子化合物です。
| 半導体の種類 | 結晶 | 性質や特色 | 物質の例 |
|---|---|---|---|
| ｎ型 半導体 | Al2O3-x ZnO1-x | ||
酸素不足酸化物
|
Ta2O5-x CeO2-x TiO2-x 18 ) | ||
金属過剰酸化物
|
Mi X ⇄ Mi . + e ' | Ti1+yO2 19 ) Zn1+yO | |
| ｐ型 半導体 | Cu2-yO | ||
金属不足酸化物
|
Ni1-yO ,Co1-yO | ||
酸素過剰酸化物
|
Oi X ⇄ Oi ' + h . | UO2+x |
欠陥は、 クレーガー＝ビンクの表記法で表されます 20 ) 。
原子が抜け落ちて空孔になっている 欠陥を、ショットキー欠陥と言います。カチオンが抜けた跡には、正孔ができ、アニオンが抜けた跡には、電子が補足されます。 このうち電子１個を補足している空孔をＦ中心、２個を補足しているものをＦ’中心と言い、着色の原因となるので色中心と呼ばれることがあります 21 ) 。
酸素不足酸化物や金属過剰型は、補足された電子がキャリアとなるｎ型 半導体、 金属不足酸化物や酸素過剰型は、生じた正孔がキャリアとなるｐ型 半導体の性質を持ちます。
ｐｎ接合 * 🏞 酸化チタン（Ⅳ） 🧪 🏞 酸化亜鉛・亜鉛華・亜鉛白| 粉体の例 | 粒径 /μm | 説明 | |
|---|---|---|---|
| 0.01 | エーロゾル | ||
| アセチレンブラック | 0.1 | アセチレンを不完全燃焼させて作る炭素材料（気相合成） 電池の 導電助剤に使う | |
| フライアッシュ | 0.5 | 石炭火力発電所で微粉炭を燃焼した際に発生する石炭灰のうち、 集塵器で採取された灰のこと * セメントの原料として再利用する。 | |
| タルク | 1 | ||
| 白亜（チョーク） | 1 | ||
| PM2.5 | 2.5 | ||
| 噴霧スズ粉 | 10 | ||
| 還元鉄粉 | 100 |
固体の微粒子の集まりを 粉体と言います。 セメント 工業や薬品工業などで粉体を取り扱います。 固体と粉体がかかわる製造工程は、 固体の 粉砕、固体の 混合、固体と固体の反応、固体と液体の反応、固体と液体の分離（乾燥）などからなります 22 ) 。
単位質量の 粉体 の全表面積を、 粉体 の 比表面積Ap〔m2/kg〕と言います。 一定量の固体を粉砕すると、 その表面積は粒径にほぼ反比例して増加します 23 ) 。
粉体の粒径を表すには、残留率曲線、通過率曲線、頻度分布曲線、あるいは ヒストグラムが使われます。 残留率および通過率が50％になる粒径をメジアン径（中央値）、頻度分布が最大になる粒径をモード径（最頻値）と言います。 メジアン径やモード径は、平均径代表値として使われます 24 ) 。
連続分布で、確率変数xがある値より小さい値である確率をxの関数を 分布関数（累積分布関数）と言います 25 ) 。
確率密度関数は、分布関数の確率変数xの微分で、離散分布の場合の ヒストグラムに対応します。
確率分布
カオリナイトは、陶磁器の原料になります。 ヘクトライトは、化粧品の原料になります。 モンモリロナイトは、鋳造鋳型の原料になります。 いずれも、セラミックスラリーのチクソトロピーが重要です。
| 族 | 種 | 化学式 | 製品名 | 製造方法 | 用途 |
|---|---|---|---|---|---|
| カオリナイト (1:1層) | カオリナイト | 1:1層で、層間に水がないため、焼結可能。陶磁器などに使う（※）。 | |||
| スメクタイト (2:1層) | 🧪 モンモリロナイト |
Nax(Al2-xMgx)Si4O10(OH)2·4H2O(X<0.33)
|
クニピア-F | 精製 | ベントナイトの主成分。 1:2層で、高温でも固まらない。鋳鉄の鋳型などに使う。 セメント原料 |
| Li+モンモリロナイト |
Lix(Al2-xMgx)Si4O10(OH)2·4H2O(X<0.33)
|
クニピア-M | 精製 | ||
| サポナイト |
NaxMg3(Si4-xAlx)O10(OH)2(X<0.33)
|
スメクトン-SA | 水熱合成 | ||
| スチーブンサイト | Na0.3Mg3-xSi4O10(OH)2 | スメクトン-ST | 水熱合成 | ||
| 🧪 ヘクトライト | Na0.3(Mg,Li)3-xSi4O10(OH)2 | スメクトンSWN | 水熱合成 | ||
| ヘクトライト-F | スメクトンSWF | 水熱合成 |
セラミックスです。 物質としての粘土は、高分子化合物と言えます。
ポルトランドセメントの原料です。
カオリナイト（高陵石） スメクタイト モンモリロン石（モンモリロナイト） 絹雲母（セリサイト） イライト 海緑石（グローコナイト） 緑泥石（クロライト） 滑石（タルク） 沸石（ゼオライト）
ろくろで思ったように粘土 スラリーをせり上げるのは、思った以上に難しかったです。 薄くしようとするとぐにゃっといって、ふりだしに戻ってしまいます。 ふりだしに戻るのを恐れて、手前で止めて焼成したら、なんとも厚手で、重たい湯飲みになってしまいました。
👨🏫 陶芸の森＠滋賀県甲賀市信楽町 👨🏫 愛知県陶磁美術館（陶磁資料館）＠愛知県長久手市
水と緑に恵まれた日本では、穀物を煮るのに 縄文時代から土器が使われていました。 最古の 土器は、アムール川流域の発見された１３０００年前の土器で、地球の寒冷化に伴い、狩猟民族が日本へ移住し、日本列島に土器がの作り方が伝わった。日本は世界史的な、セラミックスの先進地域でした。
西洋で、皿やカップなどの陶磁器が使われるのは、中国から 茶 がイギリスに入った 17世紀ごろです。
26 ) * * * ◇ ノリタケの森 （磁器）
◇ 明治の建築を支えたレンガ。 関東大震災で、 鉄筋コンクリートへと移っていった。
富岡製糸場 東京駅駅舎、 ガス灯の基礎 など。ただ、多孔質で凍害に弱いため、寒冷地では、使用が見送られたケースもあります。
👨🏫 日本煉瓦史料館・日本煉瓦製造㈱工場＠埼玉県深谷市|
けい石
|
石灰岩
|
スラグ
|
粘土
|
|
↓粘土ドライヤー
|
|||
|
粉砕機
|
|||
|
↓
|
|||
|
ロータリーキルン
|
← |
重油
|
|
|
↓焙焼
|
|||
|
クリンカー
|
|||
|
↓
|
|||
|
セメントミル
|
←
|
石膏
|
|
ロータリーキルン は、1450℃に達するので、 フロンを分解処理するのに使う。 火力発電 から出る フライアッシュを混合して、再資源化を図る。 重油のほかに、廃タイヤ、廃油、廃プラスチックを燃料として使う。
セメントは、 建築材料として コンクリートなどに使われます。
原料は、石灰岩など。 粘土としては、モンモリロナイトが主に使われます 。
👨🏫 セメント協会 👨🏫 秋吉台科学博物館＠山口県美祢市石臼が中国から日本に伝わったのは、平安後期。 博多では饅頭や麺の食文化と同時に、疫病の原因となる水の消毒に抹茶が使われた。
| 例 | 分散媒 | 分散質 | 特徴 | |
|---|---|---|---|---|
| 粘土 | 水 | 粘土鉱物 | ろくろで形成 | |
| 顔料インク | 水 | 顔料 | 紙 に文房具で書く | |
| 印刷インキ | 溶剤 | 顔料 | 紙 やフィルムに印刷 塗料 | |
| 写真乳剤 | 水 | 臭化銀 | ガラス、フィルムに塗布 | |
| 正極合材 | ＮＭＰ | 正極活物質 炭素材料 | リチウムイオン二次電池 アルミニウム箔に塗布 | |
| コンクリート | 水 | セメント、砂利 | 建築 |
物質は、 様々な状態を取ります。 物質のほとんどは 不均一混合物です。 コロイド や、 粉体と分散媒の混合物はスラリーと呼ばれることがあります。スラリーは 流体 の性質を持ちます。
コンクリートは、 砂利（粗骨材）、砂（細骨材）を セメントと水を混ぜたセメントペーストで固めたものです。 耐久性に優れた 建築材料です。 橋梁工事、 トンネル工事、道路工事などに使われます。 まだ固まらないコンクリートは、フレッシュコンクリートといいます。工場で作られ、その日のうちにコンクリート運搬車で、現場に運ばれます。
コンクリートは圧縮には強いが、引っ張られる力には弱い。 ポアソン比。 そこで、鉄筋をコンクリートに入れた、鉄筋コンクリートとして使われる。 しかし、ひび割れから水が浸入して鉄筋が腐食すると、体積が膨張してコンクリートが劣化する。 また海砂を使うと塩化物イオンの影響で、 腐食が進行する。
石灰岩 👨🏫 セメント協会 👨🏫 橋の科学館＠兵庫県神戸市鉄筋コンクリートの老朽化について化学的に考察し、将来にわたる社会インフラの維持をどのようにすべきか議論しなさい。
発電や送電には多くの材料が使われる。 発電機に欠かせない鉄を中心とする 磁性材料、 送電の電線に欠かせない アルミニウムや銅を中心とする 導電材料、 安全に欠かせない碍子などを構成するアルミナなどの 絶縁材料。 そして太陽電池やパワコンに欠かせない 半導体材料。 鉄塔や電柱などに使われる鉄鋼や コンクリートなどの 構造材料。
ガラスは、けい砂を主な原料として、 粉砕、調合、 融解して作られ、レンズ、 電球、真空管、光ファイバー、ディスプレイ、 カラーフィルター、タッチパネル、 写真乾板などの材料となります。
31 )使い終わったガラス製品は、 米沢キャンパスでは、 不燃ごみ、 米沢市の ルール（ 条例） では、 不燃ごみ として廃棄します。
メラミンは熱硬化させて物体に加工します。
鉄鋼はスチール缶、 アルミニウムはアルミ缶にします。 金属の 塑性変形を使って物体に加工します。 鋳造を使って羽釜を作ります。
ガラスはびんにします。 ガラスは軟化させて物体に加工します。
陶磁器はスラリーにして形状を作り、焼成して物体に加工します。
ガラスや陶器は 不燃性ごみです。
ガラスはケイ素と酸素の 共有結合からなるが、結晶構造が不規則であり、明確な融点を持たない。 温度を上げると徐々に柔らかくなる性質がある。 この性質を利用してガラス細工をはじめいろいろな形状が作られる。
食器 、衛生陶器 碍子 磁器、陶器土器・陶磁器 セメント
使い終わったガラス製品は、 米沢キャンパスでは、 不燃ごみ、 米沢市の ルール（ 条例） では、 不燃ごみ として廃棄します。
| 材料 | 用途 | 特徴 スケール |
|---|---|---|
| セラミックス | 土器 | |
| 甕（ 陶磁器） | ろくろによる スラリーの 成型、焼成 | |
| 木材 | 樽、 桶 | 鋸、鉋による切削加工 |
| 鉄鋼 | 茶釜 レトルト釜 ステンレス槽 スチール缶 ガスボンベ 槽 塔 | |
| アルミニウム | アルミ缶 | |
| ガラス | びん 、 ガラス器具 | |
| プラスチック | ＰＥＴボトル | |
| 複合材料 | ＦＲＰタンク 反応槽 |
気体、 液体、 流体、 粉体 といった形の定まらない物質を を保持するには 固体材料で成型された容器が必須です。
狩猟時代にどんぐりを火で煮た土器が容器の始まりと言えます。 平安時代には貯蔵に使われると発酵のための 甕が使われます。 戦国時代には鋸で桶による量産ができるようになります。 近代では ステンレスのタンクが使われるようになります。 現在では、プラスチック容器も使われます。
缶詰と瓶詰めを較べてみよう。 いずれもナポレオンの時代に戦争の食糧確保のために開発された。
主な缶は スチール缶と アルミ缶だ。 金属結合からなる金属は塑性変形できる。
資源物（缶・びん）の出し方
| 種類 | 規格など | 伝送路 | 通信速度 | 特徴 | 業者など |
|---|---|---|---|---|---|
| 光回線 | FTTH 2008頃～ | 光ケーブル ※ | 高速 | 固定 | NTT東日本・NTT西日本（サービス名：フレッツ光） KDDI（サービス名：auひかり） NCV など |
| モバイル |
3G(2024年に廃止) 4G/LTE（地方未対応） 5G（首都圏のみ） |
電磁波 | 低速 | 移動または固定 | FOMA（NTTdocomo）(3G)、 Xi（クロッシィ）（NTTdocomo）(4G/LTE)、 UQコミュニケーションズ（サービス名：WiMAX）など |
| 電話回線 |
ADSL(2024年に廃止) ISDN(2024年に廃止) |
電線（メタリックケーブル） | 低速 | 固定 | NTT東日本・NTT西日本（サービス名：フレッツADSL）、 NTT東日本・NTT西日本（サービス名：INSネット） |
ガラスは情報も運びます。 銅線だった電話線が、ガラスファイバーとなりました。
石英ガラスを使った光ファイバーの製造法として気相軸付法があります。 プラスチック を使った光ファイバーはＬＡＮなどに使われます 33 ) 。
| 材料 | 組成 | 比誘電率 | 温度/℃ | 周波数 | 用途 |
|---|---|---|---|---|---|
| チタン酸バリウム | BaTiO3 | 1,200.00 | 1kHz | ||
| アルミナ | Al2O3 | 9.80 | 1MHz | ||
| 雲母 | 7.00 | 20～100 | |||
| 塩化ナトリウム （食塩） | NaCl | 5.90 | 20 | ||
| ダイヤモンド | C | 5.68 | 20 | ||
| ソーダガラス | 7.50 | 20 | |||
| パラフィン | 2.20 | 20 |
材料 誘電率は、 バルクの 物性値なので寸法に依存しません。
固体の誘電率は、異方性があることがあります。 誘電率の高い液体は、電解液に使われます。 液体でも等方性でない液晶状態では、異方性があることがあります。 気体の比誘電率は、極性分子でもほぼ１です。
⚖️| 材料 | 組成 | 絶縁電圧 MV/m-1 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 空気 | N2+O2 | 3.00 | 30kV/cm | ||
| 六フッ化硫黄 | SF6 | GIS（ガス絶縁開閉装置） * | |||
| 鉱油 | 絶縁油 | ||||
| 陶磁器 | 碍子 | ||||
| ジルコン | ZrO2SiO2 | 10.00 | |||
| アルミナ | Al2O3 | 15.00 |
材料 絶縁耐圧や抵抗率は、 バルクの 物性値なので寸法に依存しません。
変圧器などに用いる鉱油系の絶縁油は、JIS規格の試験条件（球状電極間隔2.5mm）で新品なら*絶縁破壊電圧がおおむね70〜80kV
圧電体としてのセラミックスは、ライター、 圧電スピーカーなどに使われます。
| 端末 | 出力装置 | 情報 | |
|---|---|---|---|
|
スマートディスプレイ ・スマホ・ ＰＣ |
📱 ディスプレイ | 映像 | 液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ |
|
スマートディスプレイ ・スマホ・ＰＣ |
🔊 スピーカー | 🎵 音声 | 圧電スピーカー、ダイナミックスピーカー |
| ＰＣ | 🖨️ プリンター | 印刷 紙、塗料 | インクジェットプリンタ、 レーザープリンタ、 インパクトプリンタ、 サーマルプリンタ |
碍子 圧電素子、 積層コンデンサ
ハードカーボン、ソフトカーボン、ダイヤモンド、ＤＬＣ、活性炭、人造グラファイト（黒鉛）、炭素繊維、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ） 籾殻燻炭
炭素材料は、 導電性があるので、 電池 の導電助剤として使われます。
電池の内部抵抗は、過渡応答や 交流インピーダンス法で、評価されます。
炭素材料は古代から使われてきた。 その主な製法は有機物の蒸し焼きだ。 黒鉛化するには ３０００度 が必要だ。 そのような高温はもはや化学エネルギーで作り出すことはできず、電気エネルギーを使った電気炉で作る。 カーボンナノチューブなどはアーク放電のようなプラズマ状態を利用し、そのアークの 温度は １００００度に達する。
| 分類 | 細目 | 説明 | ||
|---|---|---|---|---|
| 天然炭素材料 | 石炭 34 ) | |||
| 天然黒鉛 （グラファイト、石墨 35 ) ） | 鉛筆、 リチウムイオン二次電池（ 負極） | |||
| 合成炭素材料 | 木炭 | 木材を 乾留 して作ります。 たたら製鉄 火薬 | ||
| コークス | 石炭を 乾留 して作ります。 製鉄の高炉の還元剤と燃料になります。 | |||
| 人造黒鉛 36 ) | 石炭を 乾留 した ピッチ 電気炉で、 を加熱して合成します。加熱温度は3000℃以上です。 窯業です。 | |||
| 活性炭 | ||||
| オイルファーネスブラック | ||||
| 気相合成炭素 | 🧪 🏞 アセチレンブラック | 🧬 | ||
| カーボンクラスター | フラーレン | |||
| 🧪 🏞 カーボンナノチューブ（ＣＮＴ） | 電極材料 | |||
| カーボンナノホーン（ＣＮＨ） |
黒鉛は、ダイヤモンド、無定形炭素とともに炭素の同素体である 37 ) 。 無定形炭素は、燃えるが、黒鉛は、燃えない。 だから、製鉄の高炉用炉材として使う。 化学的に安定で、耐熱性もあり、潤滑性もあるので、鉄砲の内張にも使われた。
黒鉛は、面内で高い 導電率を示す。 アルミニウム溶融塩電解の アノード、 食塩電解の アノードに使われます。
鉄の 融点 Tm はおよそ 1538 °C 。 とても容器が持たない。 だからコークスと混ぜて高炉に入れる。
黒鉛や不定形炭素は、 共有結合 であるが、 半金属で、導電性があり、 電池の 導電助剤に使われる。
炭素材料は、広い意味で二次元の無機 高分子化合物とも言える。
⚛ 🧪 グラファイト六方晶系 （結晶対称性はP63/mmc） 2nm四方、 面積4nm2の1層に含まれる炭素原子を数え上げると、324個です。 質量は、3891.564÷NA 1層の体積は、 2.6832nm3 。 数値計算で求まる 理論真密度は、 2409209.90853387g/m3、または 2.40920990853387g/cm3。 文献値2.2g/cm3 *とほぼ一致します。 単位胞。 ちなみに 面内結合距離は0.142 nm。
炭素材料は、タイヤ、 電池 （導電助剤、負極活物質）など広く使われています。
炭素材料の電子伝導機構は、六角平面のπ電子共役系で、電子が非局在化です。非局在化といっても、波動関数が非局在化しているだけで、波数０におけるバンドギャップが０のゼロギャップ半導体すなわち半金属です。つまり伝導帯に電子が存在するのは、熱励起によるので、金属と比べると抵抗率は大きいです。結晶性の高い炭素では、平面に水平な方向と垂直な方向で、大きな導電異方性があります。
接合界面では、 ホッピング伝導か ツェナー降伏 * となっている可能性があります。
👨🏫 丸豊鋳材製作所＠岡山県倉敷市
天然ガスやアセチレンなどの気体を原料とすると、微粒子状炭素（煤）が生成します（気相炭素化）。 微粒子状炭素は、炭、トナーなどの顔料や、タイヤ添加剤として利用されている。 38 )
アセチレンブラックは、リチウムイオン電池の正極導電助剤としてよく使われます。粒径が小さく、充填効率が良いのでエネルギー密度の向上が期待されるからです。ＡＢの導電機構は、基本的にはグラファイトと同じです。六角網面が球状に重なったオニオン構造をとり、それがクラスターを作り、ＡＢの一次粒子となっています。 アセチレンブラック粉体の見かけの 抵抗率は、 0.21Ω・cm程度です。 *
カーボン材料の表面はほとんど水素です。 官能基は、解放型とラクトン型に分類されます。 官能基の分析は、熱分析などによりますが、精度を上げることは困難です 39 ) 。
🏞アセチレンブラック熱エネルギーの示強因子です。
熱エネルギー＝温度×エントロピー
温度を長さに変換するには、物質の体積膨張を使う。それが 液体封入ガラス温度計だ。
加熱と冷却の操作は、蒸留、吸収、抽出などの 単位操作に使われる。 ボイラーは、熱源として使われる。 また加熱と冷却の操作反応操作にも使われる。 工業炉では、加熱操作による 反応操作が使われる。
温度計を検索してみましょう。
科学技術振興機構.
参考文献の役割と書き方
.
科学技術情報プラットフォーム.
https:/
野村正勝・鈴鹿輝男.
最新工業化学―持続的社会に向けて―
.
講談社サイエンティフィク, , 270p.
ISBN:978-4-06-154320-1, (参照 p.84).
このページは初学者が気楽に読めるように脚色されています。 実在の人物や団体、史実、用語の厳密な定義などに必ずしも忠実とは限りませんのでご了承ください。
✍ ( 品質管理 )
