【趣旨】

　第1講では、高分子材料設計において材料の巨視的・微視的物性を左右する「相状態」を理論的に制御・予測するための基礎知識を解説します。従来の試行錯誤による開発から脱却し、熱力学（Flory-Huggins理論等）に基づく「相図」の解釈や、相分離（マクロ・ミクロ相分離）の発生メカニズムを定式化します。
　さらに、相分離の動力学プロセス（核生成・成長、スピノーダル分解）とその構造固定化の手法までを体系的かつ網羅的に解説します。

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【習得できる知識】

◎高分子熱力学と相溶性の基礎
◎相図の作成・解釈と相平衡条件
◎相分離の動力学と構造制御

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【プログラム】

１．高分子熱力学の基礎概念
　1.1 高分子における「相」と「相図」の重要性
　　1.1.1 高分子材料開発における「相」の熱力学的定義と巨視的・微視的意味
　　1.1.2 試行錯誤からの脱却と理論的設計
　　1.1.3 マクロ相分離およびミクロ相分離の基礎とモルフォロジー
　1.2 高分子溶液・高分子混合系の熱力学の基礎
　　1.2.1 熱力学的相平衡と混合の自由エネルギーの定義
　　1.2.2 理想溶液における熱力学関数
　1.3 Flory-Huggins理論の基礎
　　1.3.1 格子モデルの基本過程と幾何学的描像
　　1.3.2 高分子の混合配置エントロピーの導出
　　1.3.3 混合エンタルピーの導出と近似
　　1.3.4 Flory-Hugginsの自由エネルギー定式化（完成系）
　1.4 相互作用パラメータ（χパラメータ）の意味と温度依存性
　　1.4.1 χパラメータの物理的意味と温度依存性
　　1.4.2 Hildebrand溶解度パラメータ（SP値：δ）からの推定法
 
２．相平衡の基礎と相図の成立条件
　2.1 化学ポテンシャルと相平衡の必要条件
　　2.1.1 化学ポテンシャルの熱力学定義
　　2.1.2 2相共存における熱力学的平衡条件
　　2.1.3 Flory-Huggins理論に基づく科学ポテンシャル変化の導出
　2.2 臨界点・共存曲線・スピノーダル曲線の熱力学的定義
　　2.2.1 相図の熱力学的領域
　　2.2.2 共存曲線とスピノーダル曲線
　　2.2.3 臨界点
　2.3 上限臨界共溶温度（UCST）型と下限臨界共溶温度（LCST）型の相挙動
　　2.3.1 UCST型
　　2.3.2 LCST型
　　2.3.3 ループ型相図（UCST/LCST複合型）
 
３．相分離のメカニズムと動力学
　3.1 準安定領域での相分離：核生成・成長
　　3.1.1 自由エネルギー障壁と臨界核の形成
　　3.1.2 核生成速度
　3.2 熱力学的に不安定な領域での相分離：スピノーダル分解
　　3.2.1 濃度揺らぎの発達
　　3.2.2 濃度場の記述
　　3.2.3 拡散方程式の導出：Cahn-Hilliard型非線形連続式
　　3.2.4 線形化Cahn-Hilliard理論による振幅解析
　　3.2.5 スピノーダル分解の3段階（初期・中期・後期）の時間変化
　　3.2.6 スピノーダル分解と核生成・成長の比較
　3.3 相分離構造の成長と固定化・粗大化
　　3.3.1 相分離構造の粗大化
　　3.3.2 相分離構造の固定化

□演習問題・添削□

　

【趣旨】

　第2講では、高分子材料開発において熱力学的な「相図」を実践的に読み解き、材料設計や成形加工プロセスに応用・検証するためのアプローチを解説します。経験的な試行錯誤を脱し、タイラインや「てこのルール」を用いた相割合の定量計算手法や、Flory-Huggins理論に基づく相図のシミュレーション技術を提示します。
　さらに、熱分析、光散乱、電子顕微鏡などの多元的な実験手法により相図や実空間モルフォロジーを評価・実証する具体策を網羅的に解説します。

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【習得できる知識】

◎相図と定量解析とプロセス応用
◎理論点シミュレーションによる相図作成とχパラメータ決定
◎実験的評価手法とモルフォロジーの可視化

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【プログラム】

１．相図からの情報抽出と読み解き方
　1.1 材料開発・構造制御における相図の意義
　　1.1.1 相図が提供する熱力学的・動的情報
　　1.1.2 経験的思考錯誤からの脱却
　　1.1.3 プロセス条件（熱履歴・成形加工・流場）と相図の関係
　1.2 タイライン（結線）の引き方と相組成の特定
　　1.2.1 タイラインの作図原理
　　1.2.2 タイラインの熱力学的根拠
　1.3 てこのルールに基づく各相の割合計算
　　1.3.1 てこのルールの数理的導出
　　1.3.2 質量分率・体積分率の変換における注意点
 
２．熱力学的解析による相図作成・シミュレーション
　2.1 Flory-Huggins理論に基づくバイノーダル・スピノーダル線の計算
　　2.1.1 スピノーダル曲線の分析的導出と計算プログラミング
　　2.1.2 共存曲線の非線形方程式解法（共通接線・化学ポテンシャル等価）
　2.2 パラメータの決定方法（実験・推算・計算科学アプローチ）
　　2.2.1 Hansen 溶解性パラメーター（HSP）からの  の定量推算
　　2.2.2 全原子／粗視化分子動力学（MD）シミュレーションによる  の算出
　2.3 多分散系・多成分系・ブロック共重合体(ミクロ相分離)への拡張理論
　　2.3.1 多成分系における相分離理論
　　2.3.2 3成分系（高分子1/高分子2/溶媒）のFlory-Huggins理論拡張
　　2.3.3 ブロック共重合体の相図シミュレーション（乱雑位相近似：RPA理論）
 
３．実験的評価に基づく相図作成と構造解析手法
　3.1 熱分析技術による転移点測定
　　3.1.1 示差走査熱量測定（DSC）の原理
　　3.1.2 測定に基づく相溶性・相分離の判定基準（Fox 式の適用）
　3.2 光学的・散乱手法（濁度法、SAXS/SALS、光散乱法）による相分離評価
　　3.2.1 濁度測定法と曇点の決定
　　3.2.2 小角光散乱（SALS）および小角X線散乱（SAXS）による相分離動態の精密抽出
　3.3 顕微鏡観察（POM, AFM, SEM/TEM）による相分離モルフォロジーの直接可視化
　　3.3.1 偏光顕微鏡（POM）を用いた熱ステージ観察
　　3.3.2 電子顕微鏡（TEM/SEM）における電子密度コントラスト（重金属染色技術）
 
□演習問題・添削□