大学教育の質の保証・向上ならびに 電子化及びオープンアクセスの推進の観点から 学校教育法第百十三条に基づき、 教育研究活動の状況を公表しています。
第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
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A. 電流電圧特性とはある電気回路や素子に電圧を印加したときに、その素子から流れる電流をグラフで表したもので通常、横軸に電圧、縦軸に電流をとる。エネルギー準位図とは原子や分子、結晶などの系がとりうるエネルギーの離散的な値を可視化した図である。縦軸はエネルギー[eV]、横軸は距離をとる。ここで、フェルミ準位に一番近い電子対をHOMO、電子対がいない一番下をLUMOと呼ぶ。 グループワークでは電気化学測定法を調べた。測定方法としてクロノアンペロメトリーを選んだ。拡散係数の測定や反応速度定数の決定に用いられる。ポテンショスタット、参照電極、作用電極、対極、データロガーという装置が使われる。ポテンショシュタットは電位ステップを印加し、時間に対する電流応答を測定し、参照電極は電位の基準となる電極となり、作用電極は測定対象の反応が起こる電極となり、対極は作用電極での反応を補助する電極となり、データロガーは電流-電位曲線を記録・表示・解析する役割を果たす。 事後学習では、交流インピーダンス法の応用事例を調べた。交流インピーダンス法の実行に必要な機材には、ポテンショシュタット/ガルバノスタット、周波数応答アナライザ、3種類の電極（参照電極・作用電極・対極）、電解セル、データ処理用PCとソフトウェアである。交流インピーダンス法は腐食研究と防食技術や生体組織の特性評価に応用される。体脂肪計は生体電気インピーダンス法を用いており、人体に微弱な交流電流を流して、その際のインピーダンスを測定することで体脂肪率などの体組成を推定している。
A.①?③を以下に示す。 ①【講義の再話】 ターフェルの式について、授業では横軸が過電圧、縦軸が電流だったが、実際は縦軸に過電圧、横軸に電流密度（?i）をとる。電流密度が0の時?i=0となりiは１となりグラフの縦軸は１を通る。 電気の流れ方において電気伝導の考え方が必要である。電気伝導はキャリアー（電気を運ぶもの）種類による。 金属と電解質の境界（界面）において電子とイオンが交換される。この移動のことを電荷移動という。たーふぇるの式は電荷移動の際の過電圧を表している。バルクの種類によってキャリアーの抜け道が異なる。金属では正孔、液体では空孔と呼ばれる。 p-n接合の電流電圧特性は縦軸に電流、横軸に電圧を取ったグラフで表される。ｐに正、nに負の電圧をかけると順バイアスとなり、拡散電位が低くなり、電子はｎからｐ領域へ、正孔はｐからｎ領域へ流れ込む。 グラファイトについて、その結合様式は共有結合である。σ電子とπ電子がある。σ電子のほうが電位が低い。縦軸にエネルギー（eV）、横軸に距離（ｍ）をとったグラフをエネルギーダイアグラムという。 Hについて下から順に１ｓ、２ｓ２ｐ、３ｓ・・・とっていくと上になるにつれ原子軌道が混み、無限ｓになる。 H２になると軌道に電子が入っていると電子の数/2だけ新しい軌道ができる。この軌道を分子軌道といい、ｓ軌道から作られたものをσ、ｐ軌道から作られたものをπ、ｄ軌道から作ったものをδで表す。 ②【発表の要旨】 演題 電気化学測定法を調べよう グループ名 空白 役割 責任著者 共著者 鈴木結惟、原野未優、高橋香桃花、三船歩美、大坂琉音 電気の流れ方において電気伝導の考え方が必要である。電気伝導はキャリアー（電気を運ぶもの）種類による。固体の電気伝導はキャリアーが電子である。電子が入る余地のある軌道に電子が移動することによっておこる。この軌道にすべて電子が詰まると電子が移動することができないため電気は流れない。液体の電気伝導はキャリアーがイオン化原子、または分子である。イオン濃度が大きくなりすぎると相互作用が働きキャリアーの移動が制限されるため、電気が流れづらくなる。 ③【復習の内容】 トピック名 交流インピーダンス法の応用事例 授業中に体脂肪計は熱伝導率法が用いられると学んだ。濃度の計測方法について液体用と気体用に分類できる。液体用には電極電位法（ｐH、心電図）、気体用には熱伝導率法（体脂肪率）、ガスクロマトグラフ法などがある。
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A. pn結合は、p型半導体とn型半導体を接合することで形成される基本構造である。n型にはリンが添加され自由電子が供給され、p型にはホウ素が添加されホールが生成される。接合部では電子とホールが拡散し、空乏層と内部電場が形成されることで整流作用が生じる。この構造はダイオードやトランジスタなどの半導体デバイスの動作原理に直結している。 サイクリックボルタンメトリー（CV）は、電極表面での酸化還元反応を観測する電気化学的手法であり、ポテンショスタットや参照電極などの機材を用いて実施される。CVは電池材料の評価、触媒性能の確認、腐食研究、バイオセンサー開発など幅広い分野で応用されており、正確なデータ取得によって研究や技術開発に貢献している。 交流インピーダンス法は、電気化学測定において電池やセンサーの性能評価に用いられる技術である。ポテンショスタットやFRAを用いて交流信号を解析し、インピーダンスを測定する。塩分計や体脂肪計などの日常機器にも応用されており、イオン濃度や生体組織の電気抵抗を測定することで、健康管理や環境モニタリングに役立っている。
A.①エネルギーダイアグラムは、電子のエネルギー状態を視覚的に示す図であり、特に固体中ではエネルギーバンドという概念で扱われる。個々の原子の電子準位が多数集まることで、連続的なエネルギーバンドが形成され、主に価電子帯と伝導帯に分けられる。物質の電気的性質は、このバンド構造によって決まる。導体では、価電子帯と伝導帯が重なっており、電子が自由に移動できるため電気をよく通す。一方、絶縁体では両者の間に大きなバンドギャップがあり、電子が伝導帯へ移動できない。半導体はその中間で、温度や光などの外部エネルギーにより電子が伝導帯へ移動し、電流が流れるようになる。 今回のグループワークは、エネルギーバンドについてである。 ②演題は エネルギーバンドについてで、グループ名は名無し、属した人は、山口竜輝、佐藤光介、平方誠二郎、藤森隼也、須藤春翔であり、役割は調査係。 エネルギーバンドの例として、p-n接合を挙げた。接合前と接合後の熱平衡状態のp-n接合エネルギー準位図を書くことで理解を深めることができた。 ③私は、集積回路について詳しく調べた。 集積回路は半導体素子を組み合わせて回路を形成する中で、小型化や信頼性向上、低消費電力が求められ登場した。集積回路は1958年に発明され、複数の回路素子を同一基板上に集積したもので、LSIやVLSIといった高集積化が進んでいる。集積回路にはバイポーラICとMOS-ICがあり、特にMOS-ICはメモリに多用される。RAMは情報を自由に読み書きでき、DRAMとSRAMに分かれる。さらに、ハイブリッドICは膜技術と半導体を組み合わせ、高精度なアナログ処理や高電力分野に活用されている。これらの事が調べて分かった。
A.①9回目では、エネルギーダイアグラムについて学んだ。実際にグラファイトを例に考え、σ結合とπ結合で電位が違うことをエネルギーダイアグラムで表した。σ結合の方が電位が低く、π結合の方が電位が高かった。水素でも考えて、水素は電子軌道や分子軌道があり、軌道によって変わってくるということが分かった。また、電気エネルギーは、電圧×電気量であることも学んだ。他の分子でもエネルギーダイアグラムを考えてみようと思った。 ②グループワークでは、電気化学測定法について議論した。p-n接合エネルギー順位について調査した。Pに正、nに負の電圧で順にバイアス、逆だと逆バイアスとなった。自分たちの班は時間がなくて、ここまでしか議論をすることができなかった。ΔEFはフェルミ順位の差を表すことは分かった。電気化学測定法は難しいなと思った。 ③授業内で、エネルギーダイヤグラムについて、話題を取り上げていたので、このエネルギーダイヤグラムについてまとめる。エネルギーダイヤグラムとは、物質のエネルギー状態を図で表したものである。反応の進行や電子の遷移、安定性を視覚的に理解するためによく使われる。エネルギーダイヤグラムは、化学反応エネルギーダイヤグラムや、電子構造エネルギーダイヤグラム、バンド構造のエネルギーダイヤグラムなどがある。用途によってエネルギーダイヤグラムを使い分ける必要がある。
A.①本講義では、過電圧と理論分解電圧についての復習をした。本講義ではまず単位＝次元ではないということを学んだ。グラフ中にlogλを入れる時にxの単位は入れてはいけないよって、次元で表す時はlogi/λで表す。卯木に電気の流れ方、電気伝導について学んだ。回路図を書き、それぞれ示すものを学んだ。液体中のバルクがイオン電極が電子であり、界面で電解銅が起きる。イオンの抜け穴を空孔、電子の抜け穴を静甲といいそれぞれ、h+、e-デ表す。次にホールと電圧の移動するときの電流電圧をグラフに示した。縦軸を電流、横軸を順バイアスとしグラフを書いたときに急激に下がる部分を降伏電圧、0を通過するところで急激に電流が流れる。グラファイトについても学び、共有結合間の大きい空間をπ結合（π電子）、次に大きい電子をσ結合（σ電子）といい、π電子とσ電子は電位つまり電気エネルギーでもあるということを学んだ。 ②グループワークではpn複合のエネルギーバンドについての話し合った。教科書を用いてpn複合のグラフを調べ、プロットした。 ③π電子とは分子内でπ結合を構成する電子のことである。特に二重結合や三重稀有合、芳香族化合物などに存在する自由度の高い電子である。
A. 講義では、ターフェルの式を基に、過電圧と電流密度の関係を考察した。グラフにすると、横軸に電流密度、縦軸に過電圧をとる直線関係が現れた。水の電気分解では、白金電極内のキャリアは電子、その抜け穴である正孔（ホール）との相互作用により電流が流れる。電解液中のキャリアはイオンであり、反応式 2H?+2e?→H? は、固体と液体間での電荷移動を表している。さらに、教科書にあるエネルギー準位図をもとに、グラファイトと水素のポテンシャル差や、n型・p型半導体における電圧印加による拡散電流の変化についても学んだ。順バイアスでは電流が流れやすくなるのに対し、逆バイアスでは拡散電位が高くなり電流は抑制される。このとき、一定以上の電圧を印加すると降伏電圧に達し、電流が急増することも確認された。 発表では、n型とp型半導体のキャリア形成の違いについて調査した。n型は電子供与性不純物により伝導帯近傍に電子準位が形成され、そこから自由電子が供給される。一方、p型では電子受容性不純物により正孔が形成され、これが正のキャリアとして機能する。バンドギャップ内の準位の構造がキャリアの挙動を決定することが分かった。 復習では、電荷移動と電流、過電圧、キャリアの関係を、電子構造やエネルギー準位図と組み合わせて理解し直しを行った。特に、ターフェル式を使った過電圧の解析や、バンド構造によるキャリアの理解を深めた。
A.①フェルミ準位について学んだ。フェルミ準位はT=0における固体の最高被占エネルギー準位であり、フェルミ準位はバンドのほぼ真ん中にある。バンドが満杯になっていなけれなフェルミ準位に近い電子はすぐ上の空の準位に励起できる。しかし、絶縁体は価電子帯が満杯で占領されており、空のバンドとのバンドギャップが大きいため伝導性がない。また、グラファイトはπバンドとπ?バンドのわずかな重なりによって、バンドギャップがゼロに近く、電子が自由に動ける状態であるため、金属的導電性をもっている。 ②n型半導体とp型半導体についてまとめた。 n型半導体にはリンが挙げられ、ドナーバンドが空の伝導帯付近のエネルギー準位にある。p型半導体はアクセプターバンドが価電子帯付近のエネルギー準位にある。 ③p型半導体についてより深く学んだ。p型半導体は低酸化状態のd金属のカルコゲン化物やハロゲン化物に見られる。これらの化合物で電子不足になると金属原子が酸化されるのと同じことであって、金属が作るバンドに正孔ができるということである。よって化合物を酸素中で加熱すると酸化が進むにつれて金属に正孔が増加し、電気伝導率も増加する。
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A.①界面とは何か分かるかな。電極と電解液の間のことだ。また、バルクとは界面に触れていない部分のコトなんだよ。p-n接合の電流電圧特性のグラフを見てみよう。概形は0近傍で緩やかになり、0を超えると急激に増加した。この0近傍の緩やかな電流を降伏電流と呼ぶ。また、このグラフをエネルギーダイアグラムとも呼ぶ。 ②「電気化学測定法を調べよう」グループ名：バンドギャップ 石毛、前田、山川、KHANG、畑中 役割：調査 フェルミ順位が熱平衡状態に達して同じレベルになるまでn領域の電子はp領域へ、p領域の正孔はn領域へ拡散すると、界面接合部に正負の空間電気層ができ、この遷移領域に電子領域が形成される。 ③交流インピーダンス法を選んだ。この方法はリチウムイオン電池などの化学電池の材料評価、生体組織の診断、食品の品質評価などに活用される。 最大の魅力は非破壊で内部状態を測定できる点である。測定には交流発生源とオシロスコープを使うことで測定できる。交流発生源は電磁誘導の法則を使って交流を発生させる役割があり、オシロスコープは周波数ごとの電圧を測定する役割がある。 具体的なグラフとしてはp102の図4.8(b)を選んだ。
A.①第九回目の授業では前回の復習としてターフェルの式、理論分解電圧のグラフを書きました。授業内では過電圧と電流、電圧が関係しているグラフを教科書内から探し、理論分解電圧と分解電圧の差を過電圧といい、エネルギーを小さくするためには過電圧をどれだけ抑えられるかが重要であることを学びました。またPtの電解槽からどのように流れているかを考えました。この問いからバルク、固液界面、界面、を学びました。金属の中のキャリアは電子であり、キャリアは電子を運ぶ粒子であることを学びました。また、電気が電子からイオンになる、またはイオンから電子になることを電荷移動といい、電子を正孔、イオンを空孔という。このホールとバカンシーのグラフから順バイアスと降状電圧を学びました。 ②ワークショップでは教科書から電気化学のグラフを選びまとめました。ｐ-n接合準位エネルギーについて、p型半導体とn型半導体を接合すると、電子と正孔の拡散によって接合部に空乏層が形成され、内蔵電位が生じるとき、フェルミ準位が接合前と後で一致するように準位エネルギーが再配置されます。p側では価電子帯が上昇し、n側では伝導帯が下降してバリアが形成されるということをグループで話し合いました。 ③授業の発展としては交流インピーダンス法について調べました。交流インピーダンス法に必要な機材として、1つ目は電気化学測定装置があります。これは微小な交流電圧を加えて、そのときの電流応答を高精度で測定する装置でありEIS用には高周波対応のものが必要です。2つ目は三電極系であり作動電極、参照電極、対極があり、3つ目は電解セル であり温度管理や遮光ができる構造になっています。身近な応用例は塩分計があり。原理は交流インピーダンス測定です。
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A.①グラフの書き方において分解電圧と理論分解電圧の差が過電圧であることが分かり、これは活性化エネルギーである。界面とバルクは対義語であり、界面とは固体（金属）の中のキャリア（電子を運ぶ粒子）のことを指し、電子とイオンが好感される場所であり、電荷移動が起きている。バルクの中のキャリアはイオンであり、空気（真空）の場合は界面ではなく表面というので使い分けが必要であることが分かった。またイオンの抜け穴を空孔といい、ホールと電子の移動するときの電流電圧のグラフの書き方を学んだ。横軸が順バイアスであり、縦軸が電流である。そこに表される放物線は降伏電圧を示していることが分かった。グラファイトは共有結合をしており、π結合が重要である。電気エネルギーは電圧×電気量でありこれは非常に重要である。電気量であり電流や電力量と間違えやすいので注意が必要であることも分かった。グラファイトではπ結合よりもσ結合の方が強いことが分かった。またエネルギーダイヤグラムについても触れ合た。
A. 電気分解における用語や電圧と電流の流れ方の関係をテーマに授業を行った。電極と溶液の間のことを固液界面と呼ぶ。電極のことは固相（フェーズ）といい、溶液の部分を液相（バルク）という。また、エネルギーの変化を視覚的に示すエネルギーダイアグラムについても学び、p-n結合の電流電圧特性が例に上がり順バイアスと逆バイアスに電圧を印加した際の電流の流れ方について学んだ。 この授業での演題は半導体の仕組みについて調べるであった。共同著者は平方、山口、須藤、藤森であった。ｎ型半導体とｐ型半導体の接触前と接触後のそれぞれのエネルギー準位図を描き、エネルギーの変化の仕方を学んだ。 復習では以下の内容を行った。正極活物質に金属酸化物が使われる理由は酸化銀(Ag2O)や二酸化マンガン(MnO2)などは標準電極電位が亜鉛負極より高く、その電位差により約1.5 V以上の実用電圧を確保できるからであり、負極に亜鉛が使われるのは資源が豊富にあって加工性にも優れているのと、表面にZnO2-被膜が形成され、自己放電や水素発生を抑制しやすいからである。電解液にアルカリ溶液が使われるのは酸性条件では亜鉛が溶解して水素発生しやすいが、アルカリ中では被膜生成により反応が制御されるからである。
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A. 固体、液体、気体に関わらず、物質全体のうち、表面や界面の影響を受けない部分を指して「バルク相」と呼ぶ。特定の固体だけで占める物質を「固相」という。キャリアは電気を運ぶ粒子である。p型に正、n型に負の電圧を印加すると順バイアスとなり、拡散電位は高さが低くなり、電子はnからp領域へ、正孔はpからn領域へ流れ込み、電流が流れる。逆にp型に負、n型に正電荷を印加すると逆バイアスとなり、拡散電位の高さが高くなり、拡散電流はほとんど流れない。さらに逆バイアスを高くしていくと、ある臨界電圧において電流が急増する。この電圧点を降伏電圧と呼ぶ。 演題は「電気化学測定法を調べよう」、グループ名はディズニー、共著者は鈴木純奈、須田琥珀、松本碧衣、私は発表を担当した。半導体結晶内部にp型n型の領域が接触したとき、その境界をp-n接合という。p領域とn領域のフェルミ準位の差ΔEFによって拡散電位Vdが決まる。p型に正、n型に負の電圧を印加すると順バイアスになり、Vdは低くなる。 復習として、エネルギーダイヤグラムについて述べる。エネルギーダイヤグラムは、化学反応における反応物と生成物のエネルギーの変化を図で表したものである。反応の進行に伴う活性化エネルギーや、吸熱・発熱の様子が視覚的に理解できる。図を見ることで、反応が起こりやすいかどうかや、触媒の働きなども把握しやすく、化学反応の仕組みを直感的に学べて興味深かった。
A.1/講義の再話：エネルギーダイアグラムは、化学反応や物理過程におけるエネルギーの変化を視覚的に示す図である。縦軸にエネルギー量をとり、反応物から生成物へのエネルギーの上昇や下降を表現する。一般的には、活性化エネルギー（反応を進めるために必要なエネルギーの壁）や反応熱（発熱または吸熱）を示すことが多い。 2/発表の要旨：「電気化学測定法を調べよう」 p-n接合では、p型半導体にはホールが多く、n型半導体には電子が多い。接合すると、電子とホールが拡散して再結合し、接合部には空乏層ができて内部電場が発生する。順方向バイアスをかけると、p型側は正電位になり、n型側は負電位になる。その結果、ホールはp型から接合部へ、電子はn型から接合部へ引き寄せられ、それぞれ移動して再結合し、電流が流れる。一方、逆方向バイアスをかけると、キャリアは接合部から引き離され、空乏層が広がって電流はほとんど流れなくなる。 3/復習の内容：「 サイクリックボルタンメトリー」 サイクリックボルタンメトリー（CV）は、溶液中の酸化還元反応を調べるために広く使われている電気化学的な測定法である。CVを行うためには、主に3電極系が必要である。その構成は、作業電極、参照電極、対極である。作業電極にはガラス状炭素、白金、金などが使われることが多く、参照電極にはAg/AgCl電極や標準水素電極が用いられる。対極は通常、白金線や白金板で構成される。また、これらの電極を制御するための電位掃引装置（ポテンショスタット）と、電流を測定するためのシステムが必要である。測定には、試料溶液、電解質溶液（たとえばKClやTBAP）も準備する。CVの特徴は、電位を一定速度で変化させながら、電流の変化を記録することで、酸化還元反応の可逆性や速度、反応機構などを明らかにできる点である。CVは、電極反応の基礎研究のほか、電池材料、触媒、腐食試験、有機電子デバイスの評価、さらには薬物の分析など、幅広い分野に応用されている。特に近年では、リチウムイオン電池や燃料電池の開発において、電極材料の性能評価に欠かせない手法となっている。
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A. ネルンスト式におけるlogは比を取るため無次元であり、必要なら基準濃度1 mol/Lで割ることで表現できる。金属中で電気を運ぶキャリアは主に自由電子であり、半導体では電子に加えて正孔もキャリアとなる。電極界面では酸化還元による電荷移動が生じ、電位は電子の化学ポテンシャル（フェルミ準位）の差で決まる。エネルギーダイアグラムでは、この準位が電解質と電極間で一致するよう調整される。グラファイトはσ結合で形成された層状構造とπ結合に由来する非局在化電子を持ち、優れた導電性を示す。電気エネルギーは電圧と電気量の積で表され、化学エネルギーとの相互変換により電池や電解が成立する。さらに、化学結合ではσ結合が骨格を作り、π結合が電子の移動性を高める役割を果たす。電子配置はパウリの排他原理に従い、1つの軌道にはスピンの異なる2個の電子のみが収容される。これらの概念は電気化学反応や導電性物質の理解に直結し、エネルギー変換効率や材料設計の基礎となる。 グループワークではn型半導体とp型半導体が組み合わさる時の動きを図に表した。最初は離れているが、くっつき時間が経つと、電位不足と正孔不足により、まっすぐはくっつかない。 半導体についてしらべた。半導体はバンドギャップを持ち、温度やドーピングによって導電性が制御可能な材料で、現代のエレクトロニクスやエネルギー変換技術の基盤となるものである。
A. 電気化学における電密度と過電圧の関係を表す式としてターフェルの式がある。η=blogi で表され、グラフに示すと指数的である。電気を運ぶ粒子のことをキャリアと言い、水の電気分解において白金のキャリアは電子であり電解液のキャリアはイオンである。個液界面で電荷の移動が行われており、界面の対義語としてはバルク(一様に同じところ)が挙げられる。また、縦軸にエネルギー、横軸に距離をとりエネルギー変化を視覚的に表した図として「エネルギーダイヤグラム」がある。原子のエネルギー準位は離散的な値をとる。 グループワークでは「p-n接合とバンド」について議論を行った。各エネルギー準位は相互作用の大きさによって大小のエネルギー幅をもった""バンド""として個体全体に広がって存在おり、禁制帯の幅のことをバンドギャップという。ｎ型半導体は、バンドギャップの中の伝導体に近いところに電子の詰まったエネルギー準位を持った電子供与性不純物を添加したものでその電子は小さな熱エネルギーで伝導体にあげられ自由電子となる。この時キャリーの電荷は負である。一方でｐ型半導体はバンドギャップの十万体の近くに空の電子準位を持った電子受容性不純物を添加したもので充満帯の電子がちいさなエネルギーによってその準位に挙げられ充満帯にできた正孔がキャリアとなる。 復習としてエネルギーダイヤグラムについてさらに調べた。エネルギーダイヤグラムは化学反応の進行や電子移動、電気化学反応などを理解する際に用いられ、反応性や材料特性を理解するための重要なツールであると再認識した。
A.今回の授業では縦軸にI/Aをとり、横軸にV/∞をとったグラフを書き、理論分解電圧、過電圧、分解電圧について学びました。また、キャリアとは電気を運ぶ粒子のことであり固体は電子、流体はイオンでした。 p-n 接合のエネルギー準位図では、接合前はp型半導体のフェルミ準位がn型より低い。 接合後、キャリアの拡散により空乏層が形成され、内部電場が生じることでバンドが曲がる。 結果として、伝導帯・価電子帯ともにp側からn側へ連続的に上昇し、フェルミ準位は接 合全体で一定となる。このバンドベンディングにより、電子はn側からp側へ、正孔はp 側から n 側へ移動しにくくなり、整流特性が生じる。エネルギー障壁が電流の流れを制御 する鍵となる。 理論分解電圧、過電圧、分解電圧について詳しく学びました。理論分解電圧は、電解反応が理想条件下で起こるために必要な最小電圧で、標準電極電位の差から算出されます。分解電圧は実際に反応が始まる電圧で、過電圧は理論値より多く必要な追加電圧です。過電圧は電極材質や反応速度により変化し、実用的な電解設計に影響すると分かりました。
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A.①電気伝導とキャリア、エネルギーダイヤグラムなどについて学びました。 まず、グラフ中に対数を入れるときは、真数を無次元にする必要があることを学びました。電気伝導は電気の流れ方のことであり、キャリアが密接に関わっていることを知りました。キャリアは電極や電解質（バルク）などを移動することで電流を流すものであり、主に電子、イオン、空孔、正孔の4種類があることが分かりました。また、ホール-電子間のキャリア変換時の電流と電圧の関係を表した、pn接合のグラフがあることを知りました。電気エネルギーのエネルギーダイヤグラムは、縦軸に電位（ev）,横軸に電流(mA)をとったグラフだと分かりました。 ②グループ名は左前二列目です。グループメンバーは浄閑祐輝、小池快成、長尾瞬、細井蓮、小野翔太です。発表では、pn接合のエネルギーバンドについて議論しました。ます、pn接合は、正孔がキャリアのp型半導体と、自由電子がキャリアのn型半導体間の接触部位のことで、接触時に、ホール-電子間のキャリア変換が起こり、急激に電流が流れるようなグラフになっています。横軸に界面（距離）、縦軸に電位 E をとり、界面における遷移領域と、拡散電圧がどこからどこのエネルギー順位の間にあるかについて描きました。 ③復習では、pn接合の拡散電圧と降伏電圧について調べました。、pn接合が起こると、n領域の電子はp領域へ、p領域の正孔はn領域へ拡散します。その結果、界面接合部に正負の空間電荷層ができ、これを遷移領域といいます。この遷移領域に電位障壁が形成され、拡散電位Vdが生じることが分かりました。p型に正、n型に負の電圧をかけると順バイアスとなり、キャリア変換により電子はp領域へ、正孔はn領域へ流れ込み、電流が流れます。逆バイアスだと拡散電位が高くなり、ある臨界電圧において電流が急増し、この点を降伏電圧と呼ぶことが分かりました。
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A.①Pt|H2SO4aq|Ptの電池を例にするとPtは界面（固相）、H2SO４aqはバルク（液体）である。金属内部では電子がキャリアとして電気を運び、電解液中ではイオンがキャリアとなる。電子とイオンの交換は電極界面で起こり、これを電解移動と呼ぶ。界面は固体と液体の境界であり、ここで電気化学反応が進行する。バルクが空気の場合、反応は界面ではなく表面で起こると表現される。また、イオンの抜け穴を空孔という。 ② p-n接合のエネルギーバンドにういて話し合った。p型半導体とn型半導体が接合し、電子が拡散する。そうすると空乏層ができて、内部電圧が発生する。また、電子不足、正孔不足の部分もできる。 ③交流インピーダンス法は、微小な交流電圧を試料に印加して得られる電流応答を周波数ごとに測定することで、電極反応や電解質、界面の抵抗・容量特性を非破壊で解析する電気化学手法である。これを実施するためには、周波数可変の交流信号を制御・解析できるEIS機能付きのポテンショスタットやインピーダンスアナライザー、作用電極・参照電極・対極からなる3電極系、電解セル、解析用ソフトウェアなどが必要である。この手法は電池や燃料電池の劣化診断、腐食評価、バイオセンサーやガスセンサーの開発、生体組織や食品品質の評価などに応用されている。また、塩分計では溶液中の電解質濃度に起因する導電率を交流電流により測定することで塩分濃度を推定し、体脂肪計では生体内の水分量や脂肪量に応じた電気インピーダンス差をもとに体脂肪率を推定することにも使用されている。
A. 第9回の講義では、電極で起こる反応やキャリアについて学んだ。エネルギー化学でいうキャリアとは、電気の運搬を担う粒子のことを指す。例えば、2つの電極に白金を、電荷質として硫酸酢溶液を用いた場合、白金中でのキャリアは電子、電解質中でのキャリアはイオンだと捉えることができる。電極と電解質の界面では電子とイオンが交換される電荷移動が起こっている。キャリアには、電子とイオンの他に正孔や欠陥も含まれることを学んだ。また、エネルギーダイアグラムについても触れた。 グループディスカッションでは、「演題：pn接合のバンド図についての理解を深めよう（グループ名：左前、共著者名：大濱風花、山崎里歩、坂本彩夏、久保明裕、役割：発言者）」について話し合いを行った。pn接合とは、正に帯電しているp型半導体と負に帯電しているｎ型半導体をつないだものである。 p型半導体領域の正孔は負の電極、ｎ型半導体領域の自由電子は正の電極に向かいたがるので、２つを順方向に接続すると正孔はｎ領域へ、自由電子はｐ領域へ拡散される。この時、界面接合部には空間電荷層が、遷移領域に電位障壁が生じる。このような２つの半導体間での電荷のやり取りにより、pn接合は電流を流すということが分かった。 復習の内容として、講義で少し触れたエネルギーダイアグラムについてさらに調査を行った。エネルギーダイアグラムとは、化学反応や電子状態におけるエネルギーポテンシャルを視覚的に表した図である。これによりエネルギー状態の線維、反応物・生成物の安定性、反応の進行といった情報を得ることができると分かった。また、電子が入る軌道が一カ所に片寄ることによりバンドが形成されることを学んだ。
A.①第9回は電気の伝わり方についての授業であった。水の電気分解を例に電子を運ぶ粒子であるキャリアについて考えた。白金電極内でのキャリアは電子、電解槽内でのキャリアはイオンである。キャリアが電子からイオンの変化する部分を界面と呼び、この場合固相の電極と液相の溶液であるため固液界面と呼ぶ。グラファイトの場合を考えると、グラファイトは炭素の同素体であり、エネルギー準位図に表すと軌道が密集しておりσやπといった名前を付けていられない。よってまとめてバンドと呼ばれている。 ②授業最後の演習ではPN接合のバンド図について議論した。班名は左前、班員は大濱風花、立花小春、山崎里歩、久保明裕、坂本彩夏の五人であり役割は書記だった。ｐ領域の正孔はｎ領域に拡散し、界面接合部に空間電荷層ができ、遷移領域には電位障壁ができることがわかった。 ③授業の復習として電気化学想定法について調べた。電気化学測定法とは電池やめっきの基礎となる電気化学という学問を基礎として、溶液中のイオンや残留物質を定量・定性分析する手法である。電気化学測定法には二種類あり、電池の起電力を測定するポテンショメリーと電気分解を行ったときに流れる電流を測定する方法がある。
A.理論分解電極とは、電気分解において理論的に反応が起こる理想的な電極を指す。理論分解電圧は、電気分解を開始するために必要な最小の電圧であり、反応の熱力学的条件からネルンストの式を用いて計算される。電気分解を行う際に必要な電圧は分解電圧と呼ばれ、これは理論分解電圧に加え、電極表面での抵抗や反応速度の遅さによる損失、すなわち過電圧が加わった値である。過電圧は電極反応を促進するために追加的に必要な電位差であり、電気分解の効率を決める重要な因子である。 発表ではp-n接合のグラフについて教科書から探った。p-n接合の順位エネルギーグラフにおける遷移領域は空乏層ともいいp型半導体とn型半導体が接触した際に形成される電荷がほとんどない領域のことである。この領域では、自由電子と正孔が再結合し、キャリアが極端に減少している。 復習として理論分解電極、理論分解電圧、分解電圧、過電圧についてより深く調べた。理論分解電極は理想的に電気分解反応が進む電極で、表面の活性や反応促進剤なしの状態を指す。理論分解電圧は熱力学的に必要な最低電圧で、ネルンストの式でイオン濃度や温度に応じて算出される。実際の分解電圧はこれに過電圧が加わったもので、過電圧は電極表面の反応速度遅延や電荷移動抵抗、ガス発生によるバブルの影響で発生する。
A.１．ターフェルの式を用いて理論電解分圧や実際の電圧、過電圧などを簡単に求めることができる。ターフェル式 (Tafel equation) とは電気化学反応の速度と過電圧との間の関係を記述する方程式である。 μ=a+blogl μ：過電圧 ｌ：電流勾配ｂをターフェル傾斜という。 これは電極反応の重要な特性値であり、水素電極反応ではｂはほとんどの金属について0.12Vである。 金属の中にある電気を運ぶキャリアーは電子であり液体の中のキャリアーはイオンが担い、電極と溶液の接する面では、イオンと電子が交換される。これにより、イオン電荷移動が起こり電気が流れる。 ２．私たちのグループでは、グループ名を左前二列目とし、電流と電圧の遷移についてグラフを書き、ディスカッションした。 ３．エネルギーダイアグラムについて調査した。エネルギーダイアグラムは、縦軸にエネルギー値(自由エネルギーやポテンシャルエネルギーなど)、横軸に反応座標や結合距離などを示し、エネルギー変化を分かり易く図示したものである。 例えば計算化学の分野では、一つの反応で幾つかの反応機構が考えられる場合など、エネルギー的にどちらが優位かを図示する際によく用いられる。
A.①単位と次元は異なる。a.u.の任意単位は自分で決めた単位である。固体内の電気伝導機構は、電荷を運ぶキャリアーと呼ばれるものの種類によって２つに分けられる。キャリアーが電子あるいは本来あるべき電子が受けた状態の場合を電子伝達、キャリアーがイオンの場合をイオン伝達と呼んでいる。電子伝達の場合、伝導性の議論にはバンド理論がある。 ②発表ではｐ→ｎ接合の電流電圧特性について調査した。半導体結晶内部にｐ型ｎ型の領域が接触したとき、その境界をｐ→ｎ接合という。ｐ領域とｎ領域のフェルミ順位の差ΔＥＦによって拡散電位Vdが決まる。p型に正、ｎ型に負の電圧を印加すると順バイアスになり、Vdは低くなる。 ③復習として、エネルギーダイヤグラムについて調査した。エネルギーダイヤグラムとは、縦軸にエネルギー、横軸に反応座標や結合距離などを取り、化学反応や物理現象におけるエネルギーの変化を視覚的に表した図のことである。特に、化学反応の経路におけるエネルギー障壁や安定な状態を示すために用いられる。
A.この講義では主に電子の移動に伴うキャリアやバルクについて学んだ。キャリアとしては金属では主に電子（自由電子）が、液体では主にイオンがキャリアとなっており、他にも正孔がキャリアとなる場合がある。さらにはバンドギャップについて、各分子（原子）にはバンドと呼ばれる電子が存在する領域があり、それぞれエネルギーが決まっている。それらの中で価電子帯と伝導帯のエネルギー差がバンドギャップとなり、これが大きいほど反応を起こしにくい、起こすのに大量のエネルギーが必要となる。 発表ではあまり時間がなかったが教科書P175の図7.1を書き写し、接触前と接触後のエネルギー準位図について理解を深め発表とした。 復習としては講義中で紹介されたグラファイトの構造が面白かったためさらに調査を行った。グラファイトは、炭素原子が六角形の網目状に結びついた層状構造を持つ。この層がファンデルワールス力で弱い結合をしているため、層と層の間は剥がれやすく滑りやすい性質がある。また、層内の炭素原子はsp^2混成軌道で結合しており、非局在化π電子が存在するため電気伝導性を持つ特徴があることが分かった。
A. ボルタンメトリーは、電極に×電圧を変化させながら電流の変化を測定することで、電極反応の性質を調べる手法である。理論分解電圧は教科書的な標準電極電位から計算される電圧だが、実際にはそれよりも大きな電圧が必要になる。これは、反応に余分なエネルギーが必要になるためであり、これを過電圧と呼ぶ。また、金属の電気伝導性を理解するためにキャリア―電子の働きが重要である。金属では、電子が格子の中を比較的自由に動けるようになっており、これが金属の電気伝導を支えて居る。電圧をかけると、これらの電子が一方向に移動し電流が流れる。グラファイトの構造に注目すると、グラファイトは炭素原子が平面六角形状で並んだシートが層状に積み重なった構造をしており、この平面内で各炭素原子がsp?混成軌道を取り、隣の炭素とσ結合を形成している。そして残ったp軌道が重なってできるπ結合で電子が平面内を自由に動けるため、電気を通すことが出来る。これは金属とは違ったメカニズムでの導電性である。 バンドギャップについて、エネルギーの一番高い充満帯との間の禁制帯の幅である。ｎ型はバンドギャップ中の伝導体の近いところに電子の詰まったエネルギー準位を持った電子供与性不純物を添加したものでキャリア―の電荷が負である。ｐ型充満帯の近くに電子受容性不純物を添加したもので正孔がキャリア―になる。 金属の電子は自由電子として振る舞い、電気を運ぶキャリア―となる。ダニエル電池ではこの電子が亜鉛から銅へ移動し、起電力を生む。
A. 縦軸にI/Aをとり、横軸にV/∞をとったグラフは最初、I/A=0で横ばいであるが、徐々に右肩上がりのグラフとなる。理論分解電圧E〇と分解電圧Ｅの差を過電圧η(活性化エネルギーと呼ぶ。キャリアは電気を運ぶ材料のことを指し、液体と固体の境界線を固液界面という。また、p-n接合の電流電圧特性図は、順方向では電圧が約0.6~0.7Vを超えると急激に電流が増加する非線形特性を示す。一方、逆方向では電流はほぼ流れず、微小な逆漏れ電流のみが観測される。 p-n接合のエネルギー準位図では、接合前はp型半導体のフェルミ準位がn型より低い。接合後、キャリアの拡散により空乏層が形成され、内部電場が生じることでバンドが曲がる。結果として、伝導帯・価電子帯ともにp側からn側へ連続的に上昇し、フェルミ準位は接合全体で一定となる。このバンドベンディングにより、電子はn側からp側へ、正孔はp側からn側へ移動しにくくなり、整流特性が生じる。エネルギー障壁が電流の流れを制御する鍵となる。 今回の授業でエネルギーダイアグラムを取り扱ったため、水素分子の形成に関するダイアグラムを描いた。水素分子の形成に関するエネルギーダイアグラムでは、2つの水素原子が接近すると、原子軌道が重なり結合性軌道と反結合性軌道が生じる。電子が結合性軌道に入ることで系のエネルギーが低下し、安定な分子が形成される。エネルギー準位図では、孤立した水素原子の1s軌道よりも結合性軌道が低く、反結合性軌道が高い位置に描かれる。この差が結合エネルギーを示し、分子の安定性を定量的に理解する手がかりとなる。
A.①まず理論分解電圧の復習を行った。家電圧とは、理論分解、電圧等分解電圧の差のことである。この差を小さくすることでエネルギーを最小限に抑えることができる。また、自分たちで電池図を書くことを行った。電子とイオンのような電気を運ぶ粒子のことをキャリアと呼ぶ。キャリアは電気の運搬が固層と固層の間を埋めるバルクによって行われているため、バンドが0の時はもちろん電子がいっぱいに詰まってしまうとキャリアが存在しないため、電気電動性を示さないとわかった。 ②「電気化学測定法を調べよう」グループ名りかちゃむ 榎本理沙、嶋貫莉花、羽生胡桃、遠藤由里香、白坂茉莉香 記録 発表ではp-n接合のグラフについて教科書から探った。p-n接合の順位エネルギーグラフにおける遷移領域は空乏層ともいいp型半導体とn型半導体が接触した際に形成される電荷がほとんどない領域のことである。この領域では、自由電子と正孔が再結合し、キャリアが極端に減少している。 ③キャリアについて気になったので深く調べた。現代の電気科学の8ページより、絶縁体と真性半導体もキャリアの影響受けていることがわかった。絶縁体の場合、キャリアがほとんど存在しない。よって、バンドギャップが非常に大きい真性半導体の場合、キャリアが少量存在する。これによりバンドギャップは中程度である。バンドギャップとは、物質中の電子が存在できないエネルギー領域のことである。
A. 理論分解電圧についてグラフの書き方、界面、バルク、キャリア、電荷移動、エネルギーダイアグラムなどについて学んだ。 発表では、p-n結合エネルギー準位について発表した。これはp側に正の電圧、n側に負の電圧をかけることで順バイアス、逆であれば逆バイアスとなること。また、電圧の差はフェルミ準位になること、HOMOやLUMOと呼ばれる電子層に分けられることなどを調べ、それを発表した。 復習として、エネルギーダイアグラムについて考えた。エネルギーダイアグラムとは、ある物理・化学的なプロセスにおけるエネルギーの変化を視覚的に表した図のことで、化学反応、原子や分子の軌道構造、固体のバンド構造など、幅広い分野で使われる。 用途によって種類が異なり、化学反応のエネルギーダイアグラムでは化学反応において、反応物から生成物へ至る過程のエネルギー変化を描くものである。縦軸はポテンシャルエネルギー、横軸は反応の進行となる。
A.①白金電極と硫酸溶液の電気分解の際に、硫酸はプロトンと硫酸イオンに電離し、水の分解を助ける役割を果たす。そのため、反応には直接関与せず、その役割は支持電解質と呼ばれる。白金電極と硫酸溶液が接する面は固液界面と呼ばれ、この領域では、界面電位差が存在しイオンの濃度購買や電場の影響を強く受けやすい。実際、この部分が、電気化学反応の酸化、還元のメインの舞台となる。固液界面に到達したイオンが白金電極と電子のやり取りを行うことを電荷移動という。そして、電極から離れた溶液本体部分のことをバルクという。バルク中には、プロトン、硫酸イオン、水分子が存在しており、このバルクから、イオンは拡散などによって、電極近傍に移動してくる。 ②、③グループワークでは、n型、p型半導体について調べた。ｎ型とは、キャリアが負電荷を持つことを示し、価電子帯は電子で満たされており、フェルミ準位は伝導帯側に存在している。ｐ型のキャリアは下のバンド中の正孔である。pn接合に順方向に電圧を掛けたとき、ホールも電子も接合面に向かって移動する。接合面でホールと電子が出会うと電子がホールに飛び込み、両方が消滅する。その分、新たにｎ層に電子が流入し、ｐ層からは電子が流出して新たなホールが発生する。これを繰り返すことで電流が流れ続ける。
A. 物質の電子状態はエネルギーダイアグラムを用いて可視化される。グラファイトのような共役系を持つ物質では、電子が特定の軌道に局在せず、分子全体に広がったπ軌道を持つことが特徴だ。半導体や絶縁体では、電子の存在しうるエネルギー準位はバンドとして表され、電子が詰まった価電子帯（HOMO）と、空の伝導帯（LUMO）に分かれている。この二つのバンド間のエネルギー差、すなわちバンドギャップが、物質の電気的性質を決定する。電子が価電子帯から伝導帯へ励起されることで、電流が流れるようになる。 水の電気分解に必要な電圧とエネルギー変換効率を調べた。理論値1.23Vに対し、実際には過電圧や抵抗の影響でより高い電圧が必要であることから、損失の要因を特定し、効率改善の重要性を議論した。 実験で得られた水素・酸素の発生量と投入電力量から、エネルギー変換効率を算出した。エネルギー損失の主な原因を検討し、今後の技術開発によって効率向上が期待されることを理解した。
A.金属は固体であるため、電子がキャリアで、液体ではイオンがキャリアとなっている。 キャリア＝電気を運ぶ粒子 電子が交換されるとき、電荷移動という。固体と液体の間は界面、どこをとっても同じところはバルクという。界面で電荷移動が起こる。イオンの抜け穴を空孔(V)、電子の抜け穴を正孔(h+)という。エネルギータイヤグラムを用いることで水素原子よりも水素分子のほうがエネルギーが低く安定していることが分かるため、エネルギーダイヤグラムは化学反応のエネルギー変化を可視化できる。 降伏電圧は、半導体素子、ダイオードなどに逆方向電圧を印加したときにある電圧を超えると急激に電流が流れ始める現象である。
A.①今回の授業では、始めに前回の復習から、グラフの書き方について詳しく学んだ。また、縦軸に電流、横軸に電圧をプロットしたグラフを用いて、理論分解電圧について復習した。理論分解電圧と分解電圧があり、その差が過電圧であることを学び、その差を小さくすることで、エネルギーを節約することができる。また、電池の図から、電気がどのようにいどうするのかについて学んだ。また、電気が流れるためにはキャリアが必要であるということを学んだ。 ② 今回のグループワークでは、p-n接合のグラフについて教科書から探った。p-n接合の順位エネルギーグラフにおける遷移領域は空乏層ともいい、p型半導体とn型半導体が接触した際に形成される電荷がほとんどない領域のことである。この領域では、自由電子と正孔が再結合し、キャリアが極端に減少しているということがわかった。 ③今回の授業では、測定法や交流インピーダンス法について学んだ。始めに、キャリアという単語について学んだ。キャリアとは、電気を運ぶ粒子であり、電子とイオンが挙げられ、キャリアは物体によって異なるということを学んだ。また、固相と固相の間を埋めるバルク（沖合）によってキャリアによる電気の運搬が行われていることを学んだ。また、現代の電気化学の教科書P176から、p-n接合の電流電圧特性について学んだ。電子はnからp領域へ、正孔はpからn領域へ流れ込むことによって電流が流れるということを学んだ。
A. 横軸に電圧V[V]、縦軸に電流I[A]の関係をグラフにした。分解電圧と理論分解電圧をプロットして、この電圧の差を活性化エネルギーとなり、この差が小さいと効率よい。 固体の電気伝導について、電荷を運ぶキャリアーが存在している。キャリアーが電子あるいは電子が抜けた状態（正孔）の場合を電子伝導、イオンの場合をイオン電導という。電極が金属の場合はキャリアーが電子となる。電解液の場合はキャリアーがイオンとなる。イオンと電子の移動を電荷移動という。 液体の電気伝導について、金属以外の液体では、イオン化原子や分子が伝導に関わる。 ｐ型ｎ型の領域が接触している時の境界をｐ―ｎ接合という。ｐ型に正、ｎ型に負の電圧を加えると順バイアスとなり、拡散電位は高さが低くなり、電子はｎからｐ領域へ、正孔はｐからｎ領域へ流れ込むことで、電流が流れる。逆にｐ型に負、ｎ型に正電圧を加えると逆バイアスとなる。拡散電位の高さが高くなると、拡散電流は流れない。逆バイアスを高くしていくと、ある臨界電圧において、電流が急増する。この電圧点を降伏電圧という。 エネルギー準位は１ｓ、２ｓ、３ｓ…と続いていて、無限までいくと真空となる。
A. 半導体結晶内部にp型n型の領域が接触したとき、その境界をp-n接合と呼ぶ。その界面ではp領域とn領域のフェルミ順位が熱平衡状態に達して同じレベルに一致するまでn領域の電子はp領域へ、p領域の正孔はn領域へ拡散する。このp-n接合に外部電圧を加え、p型に正、n型に負の電圧を印加すると順バイアスとなる。逆にp型に負、n型に正電圧を印加すると逆バイアスとなる。また、フェルミ順位に関して、電子が出る軌道をHOMO、電子が入る軌道をLUMOと呼ぶ。 電気化学測定法を調べようの発表ではp-n接合を選んだ。グループ名は左前二列目であり、グループメンバーは私を含め、小野翔太、細井蓮、日下陽太、浄閑祐輝、小池快成であった。また、私の役割は調査であった。界面接合部に正負の空間電荷層ができ、この遷移領域に電位障壁が形成された。このときに生じる拡散電位Vdはpとn領域のフェルミ準位の差ΔEFで決まり、eVd=ΔEFであることがわかった。 平常演習のサイクリックボルタンメトリーの応用事例では、CVを実行するのに必要な機材には、電気化学測定装置や電極系、電解セル、溶液、パソコンと解析ソフトウェアがあることがわかった。また、これらの機材は電池・キャパシタの研究や触媒反応の評価、生体関連研究、環境分析、材料開発などに応用されていることがわかった。
A.【講義の再話】 導電性について調べた。固体の電気伝導機構について白金の場合は電子がキャリアで、電解液の場合はイオンであった。 白金電極と硫酸の電池を例にとって調べると、金属のキャリアは電子である。キャリアは電気を運ぶ粒子であり、昔は担体ともいった。また、電解液のキャリアはイオンであり、電池の中では電子とイオンが交換されている。電気がイオンから電子に乗り換えることを電荷移動という。また、端子と電解液の境目を界面と呼び、ここで電荷移動が起こる。固体と液体の境目を特に固液界面という。 グラファイトを例としてエネルギーダイアグラムについても学んだ。グラファイトは炭素が6角形に共有結合しており、原子核がプラスの電荷をもっている。共有電子は炭素の周りに存在しており、そのうちの炭素間にあるものがσ電子であり炭素の円の外側に存在しているのがπ電子である。電気エネルギーとは電圧×電気量である。電子一個の話をしているため、電気量は1.6×10-19乗でありeVで表すことができる。縦軸に１/eVをとり、横軸に距離をとるとある方向から見たときに、一直線で表すことができる。これがエネルギーダイアグラムである。 【発表の 要旨】 演題はｐｎ接合体の仕組みについて、グループ名は空白であった。 グループに属した人は高橋香桃花、三船歩美、原野美優、大阪琉音、鈴木結唯、増子香奈であり、自分が発表の創作に果たした役割は調査であった。ｐｎ接合体の仕組みを図に描き、説明した。電力不足によりできる空乏層や、電子の詳しい流れについて説明することができた。 【復習の内容】 エネルギーダイアグラムについて復習した。水素でエネルギーダイアグラムをとると、飛び飛びであり間は存在しないことがわかる。これを下から順に１ｓ、2s 等と名づける。 無限まで存在し、∞ｓもある。これを真空電位ということが分かった。
A.電流電圧曲線と分解電圧について学んだ。分解電圧とは平衡電位の差の理論分解電圧を超えた後実際に反応が始まる電圧のことをいう。このとき分解電圧は平衡電位の差の理論分解電圧を超えてすぐに反応しないことに注意する。活性化過電圧のみ平衡電位から電位をずらし分極させると、ある電位から指数関数的に電流が増加する。また、電池から電流を取り出すと過電圧による電圧降下が生じ、電流に比例する電圧降下を電池の内部抵抗という。 演習では電圧を測定するクロノポテンショメトリーや電圧電流曲線、電流を測定するリニアスイープボルタンメトリーや交流インピーダンス法といった電気化学測定法から1つ選び、どのような場面で使われるのかを調べた。クロノポテンショメトリーを取り上げ、クロノポテンショメトリーは電流を変化させて指定の電位に変化したとき応答する電位の変化の測定を行なう方法であることを知ることが出来た。また酸化体・還元体の濃度や、電流値を変化させてから電極表面の反応物濃度がなくなるまでにかかる時間も調べることが出来るということがわかった。
A.復習 過電圧が小さいと効率が良い 水はわずかしか電離していないで、硫酸を加えて、電極には金属Ptを用いて、電離する。 キャリアは電子(金属)→イオン(液体)→電子(金属) キャリアは電気を運ぶものという意味。 2H+ + e- ??H2 イオンOH- 電子e- 電荷移動(移動するわけではなく、キャリアが電子になったりイオンになったりすること) 界面(固相)、バルク(液相)なので、この電極は固液界面という。 空気や真空の場合は表面という 電子の抜け穴:正孔(Hole) イオンの抜け穴:空孔(Vacancy) 格子欠陥？ ?バルクがイオンの液とバルクが電子の液が隣り合っているときの電圧特性とは？ 理想的には順方向バイアスで電流が流れ，逆方向バイアスでは電流が流れない整流作用を持ちます．しかし実際は，高い逆方向バイアスをかけると，電流が流れてしまいます．これを降伏 (逆降伏)といいます．順方向も電流がいくらでも流れるわけではなく，寄生抵抗などにより流れる電流が頭打ちになる抵抗性領域があります． 以上のpn接合の電流-電圧特性を以下で解説していきます． キャリアの種類が違うだけで、本質としては同じ(p175 7.1) グラファイトは平面六角形で、共有結合。 電気エネルギーeV=電圧×電気量 横距離 縦軸に電気エネルギーeV エネルギー順位図 ダイアグラムという 水素原子で考えてみる n=∞ 真空順位 アトミックオービタル(AO)原子軌道 1s2pなど モルキュラ―オービタル(MO)分子軌道 σ、σ*、π、∂、など グラフで表したとき、一つ一つ区別して名前をつけてられない→バンドとして定義する Jfet MOSfet 電界効果型トランジスターなど ?Pn接合のエネルギーバンドについてディスカッション フェルミ準位 HOMO LUMO
A.①また教科書第7章エレクトロニクスと電気化学で順バイアスと電流による降伏電圧のグラフ確認を行いました。授業内容を変更し、エネルギーダイアグラムについて学びました。エネルギーダイアグラムとは、反応のエネルギー変化を視覚的に表した図のことです。縦軸にエネルギー値（ポテンシャルエネルギーなど）、横軸に反応座標や結合距離などを表示し、エネルギーの高さや変化をわかりやすく表現します。 ②ワークショップではp-n接合について調査、グラフをかきました。p-n接合とは半導体結晶内部にｐ型ｎ型の領域が接触したとき、その境界のことをさしました。 ③キャリア(担体)は電子を運ぶ粒子ということを学びました。
A.
A. ①テーマはサイクリックボルタンメトリーと交流インピーダンス法である。まずは、キャリアは電気を運ぶ粒子であるとすると、金属のキャリアは電子で、電解液のキャリアはイオンである。プラチナ電極で電解液が硫酸のときを考えると、プラチナの表面では電荷移動が起きる。この表面のことを界面といい、対義語はバルクという。次に、横軸に距離をとり、縦軸にエネルギーをとったものをエネルギダイアグラムという。そして、原子及び分子の軌道は無限に存在し、AOを原子軌道オービタル、MOを分子軌道オービタルという。 ②p-n接合についての発表をした。グループ名はバンドキャップで、グループのメンバーは私を含めてHUYNHVINH KHANG、前田悠斗、山川騎生、小笠原大地であり、私の役割は原稿作成であった。現代の電気化学のp175に該当箇所を見つけた。フェルミ準位が熱平衡状態に達して、同じレベルになるまでn領域の電子はp領域へ、p領域の正孔はn領域へ拡散する。そして、界面接合部に正負の空間電気層ができ、この遷移領域に電子領域が形成されるとまとめられた。 ③09-04【平常演習】「交流インピーダンス法の応用事例」で取り組んだ内容を次に示す。交流インピーダンス法の実行に必要な機材は、ファンクションジェネレータ、ポテンショスタット、エレクトリックセル、オシロスコープ、電流検出アンプ、2チャンネル波形メモリまたはインク書き込みレコーダーである。交流インピーダンスの応用例としては、電池の性能評価が挙げられる。また、交流インピーダンスが応用されている体脂肪計の原理は、人体に微弱な電流を流したときに生じるインピーダンスを基に、体脂肪率を算出している。
A.グラフの書き方について学びました。グラフを書くときは横軸と縦軸をつけ、単位は書かなくてもよいことを知りました。また、単位と次元について考えました。任意単位という言葉について初めて聞きました。数値や単位を持たないが、相対比較や傾向を見るために使うものであることがわかりました。使われる場面として吸光度やスペクトルに使用されることがわかりました。また、キャリアについても学びました。キャリアとは電気を運ぶ粒子のことだと知り、電極が白金、溶液が硫酸の場合の電子の流れについて考えました。また、縦棒のことを界面、横棒のことをバルクといい、電解液のバルクの中はイオンであることがわかりました。白金の金属の中は電子界面で電荷移動がおこることがわかりました。 グループワークでは、フェルミ単位が熱平衡状態に達して同じレベルになるまでn領域の電子はp領域へ、p領域の正孔はn領域へ拡散することを話し合いました。
<!-- 課題 課題 課題 -->
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大学教育の質の保証・向上ならびに 電子化及びオープンアクセスの推進の観点から 学校教育法第百十三条に基づき、 教育研究活動の状況を公表しています。
第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
