材料工学

材料工学とは

材料工学（Materials Science and Engineering）または材料科学（Materials Science）は、工学分野の一つであり、物[[理学]]や化学の知識を融合させることで、新しい材料やデバイスの設計、開発、評価を行う学問です。この学問は、結晶の成長、薄膜化、焼結、鋳造、鍛造、圧延、溶接、イオン注入、ガラス形成などを含むプロセス技術や、電子顕微鏡、X線回折、熱量計測といった分析技術を用いて、さまざまな材料の可能性を引き出しています。また、産業においては材料の生産過程における費用対利潤の評価も重要な役割を果たします。

歴史的背景

材料工学という名称は比較的新しく、1990年代以降に各大学で専攻が増えるようになりました。以前では鉄鋼や金属、ポリマー、セラミックなど、材料ごとに分かれて研究されていましたが、現代の技術社会において材料の専門家の必要性が高まり、材料工学という分野が確立されました。材料工学は、他の工学分野の基盤を成す重要な役割を果たし、工学自体が成立するためには不可欠な分野とも言えます。

日本においては、半導体分野の研究が盛んであり、白川英樹による導電性ポリアセチレンの発見や、飯島澄男によるカーボンナノチューブの発見など、多くの業績が世界的に評価されています。これにより、日本は品質の高い材料工学国としての地位を確立しています。

材料の種類

材料工学では、さまざまな種類の材料に関する研究が行われています。それぞれの材料の特性を理解し、応用することで、新たな技術や製品の開発が可能になります。以下のような主要な材料が存在します。

• - イオン結晶（Ionic Crystals）: 電荷の異なるイオンが結合して形成される結晶。
• - 共有結晶（Covalent Crystals）: 原子間で電子を共有し、強い結合を持つ結晶。
• - 金属（Metals）: 電気・熱の良導体であり、延性や鋳造性に優れた材料。
• - 合金（Alloys / Intermetallics）: 2つ以上の金属を混ぜ合わせて特性を向上させた材料。特に鉄鋼材料は重要です。
• - 半導体（Semiconductors）: 電気伝導性が金属と絶縁体の間に位置する材料。
• - 重合体（Polymers）: 繰り返し単位から成り立つ高分子材料。
• - 合成材料（Composite Materials）: 複数の材料を組み合わせて新しい特性を持った材料。
• - ガラス材料（Vitreous Materials）: 無定形固体であり、ガラス特有の性質を持つ材料。

関連分野

材料工学は、次のような多くの関連分野と密接に連携しています。

• - 物[[理学]]: 材料の基本的な物理的特性を研究。
• - 固体物[[理学]]: 固体の性質や挙動を理解する。
• - 凝縮系物[[理学]]: 凝縮した物質の性質を研究。
• - 化学: 材料の化学的特性や反応を探求。
• - 化学工学: 材料のプロセス技術に関する研究。

著名な研究機関

材料工学の研究は世界各国で行われており、いくつかの著名な研究機関があります。

アメリカ

• - アリゾナ大学
• - フロリダ大学
• - ノースウェスタン大学
• - マサチューセッツ工科大学

スウェーデン

• - チャルマース工科大学

日本

• - 東京大学
• - 京都大学
• - 東北大学: 金属材料研究所を有し、広範な研究を行う。
• - 物質・材料研究機構: 理化学研究所と連携した特定国立研究開発法人。

関連学会

日本国内にはいくつかの関連学会が存在し、材料工学の進展に寄与しています。主要な学会には、応用[[物[[理学]]]]会、軽金属学会、日本金属学会、日本材料科学会、日本材料学会、日本セラミックス協会、日本MRSなどがあります。

材料工学は今後も革新的な技術の発展を支える重要な分野として注目を集めていくでしょう。

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