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結晶構造の研究教育支援のための球体穿孔装置の開発

Research Project

Project/Area Number 25909057
Research Category

Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field 教科教育学Ⅱ(理科系)
Research InstitutionKumamoto University

Principal Investigator

佐藤 徹哉  熊本大学, 工学部, 技術職員

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2014-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥300,000 (Direct Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2013: ¥300,000 (Direct Cost: ¥300,000)
Keywords球体穿孔装置 / 結晶構造模型 / 分子模型
Research Abstract

○研究目的 : 化学ならびに材料科学分野において結晶構造や分子構造により特性が大きく変化することから、物質の原子レベルでの立体的な構造を理解することは非常に重要である。しかし、初学者にとって複雑な構造を紙面の二次元的な情報だけで理解することは非常に困難である場合が多い。ここで物質の構造を正確に表現した模型を利用すれば、容易に構造の理解を促すことができ、研究者レベルにおいても構造に起因する現象を考察する場合には非常に有効である。基本的な構造の模型キットは市販されているが、一概に高価でありまた複雑な構造や歪んだ結晶構造には対応できないことが多く、応用展開は不向きある。そこで、無垢の球体を用いて多種多様な模型を作製できるよう球体穿孔装置を開発し、様々な結晶構造模型を作製することを目的としている。
○研究方法 : 球体穿孔装置の構成として、球体を固定するためのチャックと角度調整のための回転軸機構を製作し、これを市販の卓上ボール盤に付属させた。模型用材料として、原子を表現する球体には色付きのアクリル球(Sφ12,20)を採用し、結合を表現する連結棒にはスチロール樹脂製の丸棒(φ2, φ3)を用いた。結晶構造描写ソフトを使用して結合角などを算出し、ダイヤモンドやリモネンなど、様々な模型を作製した。
○研究成果 : 本装置を用いることで自由度の高い模型の作製が可能である。単位格子を拡張させたダイヤモンドの結晶構造模型では単位格子部分のみ球体の色を変化させ、また光学異性体のリモネンでは不斉炭素部分の球体の色をL体およびD体でそれぞれ変化させた模型を作製した。これにより、視覚的に容易に構造を理解把握できる。またユーザー自身で模型を作製する場合、まず構造を調べて必要な加工の手順を考え、そして加工し模型を組み立て観察する、この工程を経験することで、より構造の理解を深められることが期待できる。

Report

(1 results)
  • 2013 Annual Research Report

Research Products

(1 results)

All 2014

All Presentation (1 results)

  • [Presentation] 結晶および分子模型用の球体穿孔機の製作とその活用について2014

    • Author(s)
      佐藤 徹哉
    • Organizer
      九州地区総合技術研究会 in 長崎大学
    • Place of Presentation
      長崎大学
    • Year and Date
      2014-03-20
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-05-15   Modified: 2020-05-15  

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