最先端を切り拓く：現代の科学と産業を支える「材料工学」のための修士論文テーマ集
材料工学（Material Science and Engineering）は、現代の工業、電子、エネルギー、医療、宇宙開発などあらゆる分野の基盤を支える重要な学問である。ナノテクノロジーの進展、新エネルギー源の開発、環境への配慮、バイオマテリアルの応用などに伴い、材料工学の研究テーマも飛躍的に拡大し、学際的な融合が求められる時代となっている。
本記事では、材料工学における修士論文にふさわしい独創的かつ学術的価値の高いテーマを網羅的に紹介する。読者が自身の専門性や社会的課題との接点を見つけ、学問的・実践的意義のある研究に取り組むための指針となるよう構成されている。
材料開発の最前線に関する研究テーマ
1. 高エントロピー合金（HEA）の構造と力学特性に関する研究
高エントロピー合金は、従来の合金設計とは異なり、多数の主成分元素を用いた新しい材料群であり、その高温強度、耐食性、摩耗耐性などが注目されている。フェーズ安定性や転位メカニズムを含む詳細な解析が研究価値を高める。
2. 超高強度鋼の微細組織制御と加工性の最適化
自動車や航空分野で軽量化と高強度化が求められる中、マルテンサイト系やベイナイト系の鋼材における炭素分布や析出粒子の挙動を明らかにする研究は重要性が高い。
3. 自己修復型ポリマー材料の開発と応用可能性
微小な損傷を自己修復できる材料は、航空宇宙、建築、医療機器に革命をもたらす可能性を秘めている。自己修復機構（カプセル型、ダイナミック結合型など）の実装と信頼性評価をテーマとする。
4. バイオミメティクス材料に基づく新素材開発
自然界の構造（例えば貝殻、クモの糸、骨）に学んだ機能性材料の創出。階層構造の設計とナノレベルでの相互作用に焦点を当てる。
ナノ材料・複合材料に関する研究テーマ
5. カーボンナノチューブ強化複合材料の界面特性と機械的強度
カーボンナノチューブ（CNT）は優れた強度と導電性を持つが、マトリクスとの界面接着性が性能に直結する。界面構造の設計や表面修飾技術に関する研究が求められる。
6. グラフェンベースナノ材料の熱伝導制御と電子デバイス応用
グラフェンは優れた電気・熱伝導特性を有しており、トランジスタや冷却デバイスへの応用が期待される。単層と多層構造の違いや、不純物導入の影響を探る。
7. マトリックス中に分散されたセラミック粒子の強化メカニズム
セラミック基または金属基の複合材料における粒子分散技術、応力分散効果、クラック伝播挙動などを実験・シミュレーションにより評価する。
環境・エネルギー対応材料に関する研究テーマ
8. 水素吸蔵合金の構造安定性と繰返し吸放出性能の評価
次世代エネルギー源としての水素社会に向け、水素を効率的に貯蔵できる材料の開発が急務である。吸蔵量の最適化や微細構造の変化に着目する。
9. 固体酸化物型燃料電池（SOFC）用電解質材料の導電性改善
高効率・低排出を実現する燃料電池におけるセラミック系電解質材料のイオン導電性や熱安定性に関する研究は重要である。
10. 再生可能資源を活用した生分解性ポリマー材料の開発
環境汚染への対策として、トウモロコシや藻類由来のポリマー素材の機械特性、生分解挙動、リサイクル適性を評価する。
医用材料・バイオマテリアルに関する研究テーマ
11. 生体適合性チタン合金の表面処理と骨結合性評価
インプラント材料としてのチタン合金の表面酸化処理、ナノパターン加工、タンパク質吸着性などを解析し、初期固定と長期安定性を向上させる。
12. ドラッグデリバリー用ナノ粒子の設計と放出制御
腫瘍ターゲティングなど医療応用を見据え、ナノ粒子の表面官能化、薬剤の安定保持、環境応答性放出などを研究対象とする。
13. 生分解性マグネシウム合金の腐食挙動と細胞応答
一時的なインプラント材として注目されるMg合金の生体内での腐食速度と組織反応の制御を目的とした研究。
シミュレーション・AI活用による材料設計に関する研究テーマ
14. 第一原理計算による新規合金系の電子構造解析
密度汎関数理論（DFT）を用いた安定相の予測やバンド構造の解明は、実験と並行して材料探索を加速する。
15. 機械学習を活用した機械的特性予測モデルの構築
データ駆動型材料設計（Materials Informatics）に基づき、引張強度や降伏応力の予測モデルを構築。データセットの構築とアルゴリズム選択が鍵となる。
16. 分子動力学法による高分子鎖の挙動解析
高分子の伸張、緩和、溶解過程を原子レベルで追跡し、マクロな物性との関連を明らかにする。
その他の学際的テーマ
17. 航空宇宙用耐熱材料の酸化防止コーティング技術
高温下で使用されるニッケル基超合金などの表面に適用するセラミック系コーティング材料の選定、寿命予測手法の検討。
18. 原子力発電所用材料の照射損傷評価
高線量下における照射脆化、微細組織変化、炉内環境との相互作用など、信頼性設計に直結する研究。
19. リチウムイオン電池用負極材料の構造安定性
黒鉛系やシリコン系負極材料における膨張制御、SE