化学物理工学

化学物理工学（かがくぶつりこうがく、英語：Applied Physics and Chemical Engineering）は、物質の微視的な性質（量子力学・物性物理学）から、巨視的な製造プロセス（化学工学・移動現象論）およびエネルギーシステムまでを、統一的な視座で扱う工学の一分野である。

従来の応用物理学が新機能の探求に、化学工学が量産プロセスの設計に重点を置いていたのに対し、本分野はこの二つを「マルチスケール（多階層）」な視点で統合し、ナノレベルの物理現象を実社会のシステムへと実装（社会実装）する方法論を探求する学問領域である。

概要

持続可能な社会の実現には、新素材の開発（機能の発見）と、それを高効率かつ低環境負荷で生産・利用するシステム（プロセスの構築）の両立が不可欠である。化学物理工学は、以下の3つのスケールを接続することで、この課題解決を目指す。

• ミクロ（Micro）: 原子・分子・量子レベルでの機能発現メカニズムの解明（物理学・量子化学）。
• メソ（Meso）: ナノ粒子・薄膜・結晶などの構造制御および製造プロセスの最適化（化学工学・粉体工学）。
• マクロ（Macro）: エネルギー変換システムや環境保全技術としてのシステム設計（システム工学・熱力学）。

歴史と教育

近年、半導体デバイスの微細化や全固体電池などのエネルギーデバイスの開発に加え、量子ドットやスピントロニクスを用いた次世代センサー、バイオマスや排熱を有効利用する環境エネルギーシステム、さらには製造データを活用したプロセス・インフォマティクスなどにおいて、従来の「化学」と「物理」の境界領域を統合する工学的知見の重要性が高まっている。

これを受け、東京農工大学工学部は2019年（平成31年）4月の改組において、従来の化学工学を母体としつつ、応用物理学および電気電子工学と機械工学の教員・カリキュラムを融合させた「化学物理工学科」を日本で初めて設置した。

主な研究テーマ

上記のミクロからマクロまでの階層的視点を、具体的に以下のような工学分野へ応用・展開している。

• エネルギー・環境工学分野

  再生可能エネルギーの利用技術（太陽光、バイオマス）、未利用熱（排熱）の有効利用システム、環境浄化技術（水処理、廃棄物資源化）、およびそれらの社会実装に向けたシステム設計。

• プロセス・マテリアル工学分野

  物質の分離・精製技術（膜分離、晶析）、微粒子・粉体工学、反応工学（マイクロリアクター）、およびこれらを統合して効率的な生産体制を構築するプロセスシステム工学（PSE）。

• 量子・機能性材料工学分野

  量子化学・量子力学・固体物理学に基づき、電子状態のシミュレーション（計算機実験）による材料設計および新素材の創製。具体的には、量子ドット、スピントロニクス材料、有機半導体デバイス、およびマテリアルズ・インフォマティクス。

関連項目

• 化学工学
• 応用物理学
• 物理化学
• 熱力学
• 電子工学