はじめよう固体の科学

電池、磁石、半導体など固体にまつわる話をします

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Materials

原子・分子構造

原子構造

遮蔽効果とスレーターの規則:電子が互いに影響を及ぼすとき

ランタノイド収縮:その影響はランタノイドを超えて現れる

孤立電子対(非共有電子対):直接結合しなくても、物質を変える

カチオンとアニオン:イオンってなんだっけ

同素体:実は存在しなくても問題ない概念?

イオン化エネルギーと電子親和力:そもそもどうやって測定するの?

仕事関数:物質から電子を剥がすために必要なエネルギー

固体における仕事関数、イオン化エネルギーと電子親和力の関係

HSAB則:化学における硬さと軟らかさ

電気陰性度:原子が電子を引っ張る力 

ケテラーの三角形:その結合、なんの結合?

アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン...:周期表の族の様々な呼び名

ランタノイドとアクチノイド:周期表の縁の下の力持ち

ヒドリド(Hydride):水素の陰イオンとその高い反応性

金の陰イオン:金属だって負の電荷をまとう

貴ガスがイオンになる?:驚きの価数を示す物質たち

分子構造

VSEPR則(原子価殻電子対反発則):分子の形を決めるものは何か

ベント則:VSEPR則の限界を超えて分子の形を予測する(1)

ベント則:VSEPR則の限界を超えて分子の形を予測する(2)

共有結合、イオン結合、金属結合…:物質を作る様々な化学結合

結晶場理論と配位子場理論

ヤーン・テラー効果:電子数と配位の歪み

結晶

基礎

格子定数:結晶構造を知る第一歩

ミラー指数とX線の回折

ブラべー格子:結晶構造を考える上での基本 

ベガード則:格子定数と組成の関係、それは理論か近似か

最密充填構造:最も単純な原子の敷き詰め方

結晶中の多面体と連結:結晶構造ができるまで

最密充填と結晶構造:複雑な構造をシンプルに理解する

ポーリングの原理:結晶構造が成り立つためのルールとその現実 

マーデルングエネルギー:イオン結晶の安定性とその応用

ボルン・ハーバーサイクルと格子エネルギー:結晶の安定性を評価する

アモルファス:ランダムな秩序が生み出す未知の可能性

単結晶と多結晶:それぞれの秩序の形

準結晶:世界を覆した「第三の固体」

結晶構造

結晶構造:すべての固体物質の基本

多形:名前は同じ、でも別の物質

塩化ナトリウム型構造:最も基本的な二元系構造

塩化セシウム型構造:立方体+立方体

ヒ化ニッケル型構造:塩化ナトリウム型構造の親戚 

蛍石型構造:イオン伝導がよく見られる基本的な結晶構造

閃亜鉛鉱型構造とウルツ鉱型構造:半導体を支える結晶構造

ルチル構造:「赤」を意味する結晶構造

コランダム構造:ルビーとサファイアの結晶構造

イルメナイト:コランダムとペロブスカイトをつなぐもの

ペロブスカイト構造:機能の宝庫

逆ペロブスカイト(アンチペロブスカイト):カチオンとアニオンが入れ替わったペロブスカイト

ペロブスカイト型構造に関連する結晶構造

スピネル構造:複雑な構造と多様な物性

パイロクロア構造:フラストレーションの宝庫

パイライト構造とマーカサイト構造:アニオンの”二量体”を持つ結晶構造

ダイヤモンド構造とダイヤモンド:世界一の硬さの秘密

ThCr2Si2型構造:金属間化合物における機能の宝庫

CaAl2Si2型構造:熱電材料からトポロジカル磁性体まで

宝石の結晶構造を見てみよう

物質

酸化物、窒化物、水酸化物、水素化物、ハロゲン化物: イオン性物質の数々

粘土鉱物:ありふれた元素から無限の機能

ジントル相:イオン結合とも共有結合とも金属結合とも異なる物質たち

クラスレート:原子を包むカゴ型の物質

スクッテルダイト:原子の「隙間」を活かした物質

アパタイト:生体から地球の中まで活躍する鉱物

層状複水酸化物(LDH):イオンの自在な操作と協奏

酸化鉄(FeO, Fe2O3, Fe3O4・・・):錆だけじゃない!様々な酸化鉄

酸化銅:錆びた銅の使い道は

マグネタイト(磁鉄鉱):最古の磁石

酸化チタン(TiO2):原点にして頂点の光触媒材料

アナターゼ、ブルッカイト、ルチルの違い

ジルコニア(ZrO2)とハフニア(HfO2):古典的かつ最先端の材料

チタン酸バリウム(BaTiO3):誘電体界に君臨する「驚異のチタバリ」

チタン酸ストロンチウム (SrTiO3): 酸化物における万能の天才

チタン酸カルシウム(CaTiO3):元祖ペロブスカイト、だけどちょっと不遇な物質

コバルト酸リチウム(LiCoO2):リチウムイオン電池の代表的な正極材料

窒化ガリウム(GaN):世界に激変をもたらした半導体

窒化鉄:最強と謳われた幻の磁石

酸水素化物:水素アニオンを取り込んだ新しいセラミックス

多孔質材料:「何もない」ことが役に立つ

水銀はなぜ液体か

金はなぜ金色か

なぜ酸素の燃焼はいつも発熱反応なのか

化学圧力:物理圧力とは異なる「化学的な圧力」の正体

低次元材料

量子ドット:粒子を小さくすると起こる素敵なこと

二次元材料:原子一層分.究極の薄さをもつ材料

グラフェン:世界一薄い究極の二次元材料

遷移金属ダイカルコゲナイド:三次元と二次元の両方の側面を持つ物質

ナノシート:原子を剥がして創る究極の二次元物質

金属

Hume-Rothery則:合金が形成するためのルール

金属ガラス:周期構造を持たない金属材料の秘密

ホイスラー合金:何にでもなれる万能合金材料

ラーベス相:単純な組成と多様な物性

ハイエントロピー合金:全く新しい合金材料

不動態:やる気を失った物質の意外な活用法

Properties

酸化還元

イオン化傾向と標準電極電位:イオンになりやすさの順番

アノードとカソード、正極と負極…:電気化学反応の用語

ラチマー図:元素の標準電極電位を一枚の図で

フロスト図:元素の標準電極電位をもう少し見やすく

エリンガム図:金属の単体を得るために必要な情報

電気分解

電気分解:電気の力で物質を創る

水の電気分解:夢のエネルギー材料「水素」のクリーンな合成法

酸素発生反応(OER):水素合成の足を引っ張る酸素の反応

水素発生反応(HER):電気の力で水素を創る

食塩水の電気分解:現代文明に欠かせない塩素の作成法

燃料電池:水素と酸素を直接電気に変換

電池

電池に関する記事の一覧

電池:化学エネルギーから電気エネルギーへの変換

ボルタ電池:最初の電池の特性を読み解こう

ダニエル電池:初めての実用的な電池

鉛蓄電池:最初の充電可能な電池

アルカリ乾電池:マンガン電池から続く最も実用的な乾電池の系譜

ニッケルカドミウム電池:かつての充電池

ニッケル水素電池:電池に水素吸蔵合金を使うという発想

亜鉛空気電池:半分が空気で構成された電池?

ナトリウム硫黄電池:電気を貯蔵する夢に向けて

リチウムイオン電池:現代社会を支える最強の電池

リチウムイオン電池の正極材料:インターカレーションと金属酸化物

リチウムイオン電池の負極材料:金属リチウムの代わりを見つけよう 

リチウムイオン電池とコバルト

ナトリウムイオン電池:リチウムからナトリウムの時代へ

リチウム空気電池:リチウムイオン電池を超えうる究極の電池

磁気物性

強磁性、反強磁性、反磁性、常磁性…:様々な磁性体とその特徴

強磁性体:磁石になる物質とならない物質の違い

硬磁性と軟磁性:硬派な磁石と軟派な磁石

ヒステリシス曲線:強磁性体の特性の全てがここに

永久磁石:永久ではないけれど

ネオジム磁石:現代文明を支える最強の磁石

サマコバ磁石:かつての最強磁石

三角格子、カゴメ格子、ハニカム格子.... :様々な磁気格子と磁気フラストレーション

磁気抵抗と巨大磁気抵抗:磁場をかけると電気の流れやすさが変わる?

磁気熱量効果と磁気冷凍:磁石の力でモノを冷やす

磁気記録材料:磁石を用いて情報を記憶する

熱物性

熱電材料:排熱を電気エネルギーに変える

熱膨張:身近な現象も起源は意外と複雑

負の熱膨張:温めると縮む不思議な材料

電気物性

金属と絶縁体と半導体の違い:エネルギーバンドと電子の動き

常誘電体、強誘電体、圧電体、焦電体…:様々な誘電体とその特徴 

固体電解質(イオン伝導体):電子ではなくイオンが流れる材料

リチウムイオン伝導体:全固体電池を実現するための材料

半導体

半導体とドーピング:電気を自由自在に制御できる材料

pn接合:電子を使いこなす第一歩

ダイオード:電子の「一方通行」を実現する

超伝導

超伝導:電気抵抗が厳密に「ゼロ」な材料

高温超伝導体:エネルギー革命の可能性を秘めた夢の材料

“Absence of superconductivity”の一覧:なぜ超伝導が出ないことが面白いのか

マンガンは超伝導と相性が悪い?:超伝導を起こす金属と起こさない金属の違いは何か

銅酸化物以前に高温超伝導体の候補とされていた物質:CuClとCdS

光物性

太陽光のエネルギー

光触媒:太陽光を用いて化学反応を起こす夢のクリーン材料

人工光合成による水分解

発光ダイオード(LED):人類の到達した第四の光源

青色発光ダイオード:青色を発することの意義とは

太陽電池:太陽を利用した最もエコな発電

色素増感太陽電池:化学と物理をつなぐ湿式太陽電池

ペロブスカイト太陽電池:新世代の太陽電池は何が画期的なのか

太陽電池以外でのハライドペロブスカイトの活躍

非線形光学材料:物質を使って光の波長を操る

その他の物性

水素吸蔵合金:水素を貯める仕組みと利用法

超硬材料:「硬い」ために必要なことは

Experiments

XRD, XAS, XPS…:X線を利用した実験手法の一覧

ハーバー・ボッシュ法:人口を倍増させた驚異の反応

テルミット反応:炎とともに起こる酸化還元反応

インターカレーション:物質に新しい機能を加える反応 

ホール効果:電流と磁場とキャリアの関係

様々なホール効果:とりあえずホール効果って名前つけとけばいいかの精神

解析

磁化率の測定データをどのように解析・解釈すればよいか

強磁性体の飽和磁束密度の単位変換 【メモ】

エネルギーの単位と変換方法 【メモ】

電池の理論容量の計算方法 【メモ】

Bond valence sum の計算方法 【メモ】

Others

More Is Different: 稀代の大物理学者Andersonが伝えたかったことは何か

就職

脱アカデミアへの道~アカデミア就職と民間就職の違い編~ 

脱アカデミアへの道~転職エージェントをうまく使え~

脱アカデミアへの道~応募から採用までの流れ~

脱アカデミアへの道~面接で実際に聞かれる(聞かれた)こと~

論文

固体化学・固体物理でよく見る学術誌(総合誌・物理学誌編)

固体化学物理でよく見る学術誌(化学誌・材料科学誌編)

論文の著者の順番にはどんな意味がある?

論文でよく使われるラテン語表現一覧

学会誌を読もう:最先端の科学の流れを知るために

学術論文を無料で読むための方法

オープンアクセス論文を探すためのツールを紹介 

無料で読める学術誌:誰でも最先端の研究に触れられる!

研究室

研究室の選び方を本気で考える(1):研究室の情報を集めよう

研究室の選び方を本気で考える(2):研究室のHPから分かること

研究室の選び方を本気で考える(3):研究室の論文リストから分かること

研究室の選び方を本気で考える(4):HPの学会発表や受賞のリストから分かること

研究室の選び方を本気で考える(5):研究室の予算から分かること

研究室の選び方を本気で考える(6):研究室を訪問した際にチェックすべきこと

研究者

研究者を丸裸にする:研究者の業績について調べる方法

Prof. R J Cavaの経歴を振り返る(1)

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