先端科学計測の基礎を学ぶための分析装置作りとその教材化に関する研究
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22K02955
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 09080:Science education-related
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| Research Institution | Ishikawa National College of Technology |
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Principal Investigator |
山田 健二 石川工業高等専門学校, 電子情報工学科, 教授 (50249778)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 教育教材 / 分析装置づくり / 科学計測 / イオン源 / 検出器 / マイコン利用 / 分析装置作り / 物理現象 / 励起源 |
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| Outline of Research at the Start |
先端材料科学の研究推進を支援する視点に立った基礎教育教材が少ない。そこで、大学・高専の電気電子・情報・機械・制御および関連学科の学生向け教材として、材料分析装置作りと科学計測という明確なゴールを設定し、そのゴールに向かう設計科目や創成科目（ものづくり演習）の中で「見える化」された分析機器ならびに先端科学計測の要素技術を、励起源と検出器の製作および実験をテーマに理解・習得し、それらの開発教材を利用した体験から学生の意欲喚起を検証することを目的とする。本研究を推進するために、申請者がこれまで取り組んできた材料分析や教材開発の経験が活かされる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
持続可能な社会の実現に貢献するため、グリーンデバイスの開発が急務であるが、そのような先端材料科学の研究推進を支援する視点に立った基礎教育教材が少ない点に着目し、先端科学計測の基礎を学ぶための装置作りとその教材化に関する研究に取り組む。創造的技術者育成のために大学・高専(電気電子・情報・機械・制御および関連学科)の学生向け教材として、材料分析装置作りと科学計測という明確なゴールを設定し、そのゴールに向かう設計科目や創成科目（ものづくり演習）の中で「見える化」された分析機器ならびに先端科学計測の要素技術を、イオン源と検出器の製作および実験をテーマに理解・習得し、それらの開発教材を利用した体験から学生の意欲喚起を検証することを目的とする。申請者がこれまで取り組んできた材料分析や教材開発の経験を活かし分析に必要な基礎教材や機器の製作を行った。ヘリウムイオン源の製作では放電部分の絶縁に注意しながら製作した。また放電電源の製作に取り掛かった。簡易型電子エネルギーアナライザーは市販の電子増倍管を利用して製作した。ターボ分子ポンプ2台を直列接続と並列接続でそれぞれ装備して、それぞれの真空度変化を測定し、直列接続（タンデム型）に接続することで排気速度や到達真空度を向上できることを確認した。真空排気系の構築として、ターボ分子ポンプとロータリーポンプ、およびゲッターポンプを利用してマイナス８乗Pa台の真空度に到達できた。マイコンを用いた計測実験を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
イオン源の製作ができ、その電源製作に取り掛かっていること。
簡易型電子エネルギーアナライザーの製作ができ、その実験準備に取り掛かっていること。
ターボ分子ポンプやロータリーポンプを用いて真空排気系の構築ができ、更に研究費によってゲッターポンプ（NEGポンプ）を購入して装備することで、10のマイナス８乗Pa台の超高真空に到達できたこと。
計測事例としてセンサーを活用した材料実験ができたこと。
以上の理由により、研究の進捗状況は概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
教材づくりを中心に実施するとともに、それらの説明動画や演習問題の制作を行い、教材利用を進める準備をしていく。同時にグリーンデバイスに利用される電子材料分析を行い、その結果を教育教材に反映させていく予定である。また、材料分析を含むにおいセンサーに関する計測実験の教材化も進める。
分析装置については、放電電源が完成した後、フィラメントを用いた放電型のヘリウムイオン源による動作試験を実施する予定であるが、検出感度が低いことも想定されるので、スキマー型のヘリウム励起源の製作も追加して実施する予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
