理學院

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學院概況

理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。

特色

理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。

理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。

在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。

在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。

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    以掃描穿隧顯微術研究複合有機異質結構之表面形貌與電子組態
    (2024) 黃步偉; Huang, Bu-Wei
    隨著新穎科技與半導體產業的發展迅速,有機半導體材料近年因多元材料特性而受到廣泛關注。紅螢烯(Rubrene)在過去已有許多相關的物理、化學和材料科學等研究;除了以高載子遷移率著稱,用其製作之有機電子元件皆有相當出色的表現,顯現紅螢烯作為有機半導體的潛力。然而,紅螢烯沉積於表面的原子尺度形貌、能譜以及相關研究仍屬缺乏。本研究主要透過自組式熱蒸鍍槍沉積紅螢烯於矽(111)、HOPG基板上形成有機異質結構,再透過掃描穿隧顯微術(STM)和掃描穿隧能譜術(STS)進行量測。紅螢烯分子以Stranski–Krastanov模式首先形成小型島狀結構;再形成填滿表面區域的單、雙分子層高平台;最終形成交互堆疊的島狀結構,顯現出紅螢烯沉積時的複雜性。在鎳金屬沉積於紅螢烯有機異質結構表面後,我們觀察到表面形貌的清晰度顯著提升;若進行表面形貌分析則可觀察到符合紅螢烯分子尺寸的單塔亮點結構,也觀察到與紅螢烯側方苯取代基匹配的雙塔亮點結構,推測紅螢烯分子將以駢四苯骨幹平行於表面的方式吸附,或以不同的分子方向進行沉積。本研究STS量測發現鎳金屬沉積後的有機異質結構能譜更為明顯,能隙(E_g)與紅螢烯單晶的理論能隙相符,但是大於先前文獻以光學方法測得之能隙數據,且傳導帶(E_c)與價電帶(E_v)位置也不同,凸顯出紅螢烯分子能帶結構之複雜特性。總而言之,本研究對於紅螢烯有機異質結構進行一系列量測實驗,並發現與先前文獻有所異同的結果;同時,本研究再次驗證金屬蒸鍍於表面將有助於提升掃描穿隧顯微術與能譜術之解晰度。相信值得以此作為出發點更進一步延伸探討,也將開啟相關研究新的範疇與視野。
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    二維中孔硒化鎘半導體材料合成、結構解析與應用
    (2020) 李尉賑; Lee, Wei-Chen
    本研究成功製備具中孔洞性的有機無機混合材料,用於光催化水分解及染料降解。此材料為二維單層奈米片其組成為CdSe(en)0.5 (en: H2NCH2CH2NH2),藉由硫化鈉 (0.1M-0.3 M) 在暗處與照光下進行結構中Se, N取代反應,發生科肯德爾效應 (Kirkendall effect) 以達化學修飾法之目的,並產生2-8 nm之中孔洞。此高表面積 (30-60 m2/g) 之中孔洞材料,可有效進行水分解產氫 (HER) 及染料降解等光催化反應,發現硫取代比例影響其催化活性,並以元素分析 (EA, ICP-OES)、電子顯微鏡、X光吸收與繞射技術 (XAS, XRD) 進行奈米材料結構及性質分析,探討其催化活性增強之因素。 另一方面藉由路易斯酸 (氯化鐵、氯化銦) 進行CdSe(en)0.5改質,透過路易斯酸與CdSe(en)0.5中en的胺基配位,使材料結晶結構由Pbca空間群轉變為纖鋅礦結構,形成多層二維無機材料,並透過元素分析、電子顯微鏡、X光吸收與繞射技術 (XAS, XRD) 進行材料結構轉變解析
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    鈷島在銀/鍺(111)上的成長行為與電子結構
    (2010) 趙智豪; Chi-Hao Chou
      藉由STM觀察高溫(400℃)下蒸鍍鈷原子在銀/鍺(111)- (4×4)與(√3×√3)介面上的成長行為。隨著鈷鍍量增加,(4×4)露出的面積較(√3×√3)迅速減少,除了(4×4)介面對鈷的束縛較強外,在(4×4)介面上成核的鈷島可能會推動銀原子,讓銀原子有機會移動到(4×4)與(3×1)形成更多的(√3×√3),並且為了降低整體的表面自由能,小面積的鈷島會與大面積的鈷島合併,此為Ostwald ripening現象。 在銀/鍺(111)- (√3×√3)介面上利用高溫蒸鍍做(400℃)熱處理後,表面上的鈷原子具有足夠的動能找到最安定的位置再進行成核,與室溫蒸鍍後再熱處理比較,此種熱處理方法更可以讓鈷島在表面上形成大面積且具有平台的結構。 藉由STS發現侷域電子態密度(LDOS)在臺階邊緣以及平臺上具有不同的特徵能態。在銀/鍺(111)表面上會形成兩種重構鈷島,一種為√13×√13重構鈷島,另一種為2×2重構鈷島。因為介面效應,√13×√13重構鈷島在(4×4) 與(√3×√3)介面上具有不同的LDOS。當鈷島往上成長且島層數為7~8層時,此時2×2重構鈷島與低層數的2×2重構鈷島的LDOS並不完全相同。
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    烏采結構半導體的拉曼光譜與光致螢光光譜
    (2004) 吳國存; Gwo Tswin Wu
    我們由Cornell大學得到一組烏采結構氮化銦塊材(膜厚>1μm)樣品進行其光學特性的分析。另一方面,我們研究烏采結構氮化鎵奈米線以及氧化鋅奈米線,從文獻上的資訊得知這兩種烏采結構半導體的能隙在3.2eV~3.4eV,位於紫外光區,與氮化銦的能隙,0.7eV~0.8eV,位於紅外光區恰好是兩個極端,因此,可以進一步比較其光學性質。 在本論文中,我們先於室溫下量測三種不同烏采結構半導體的光致螢光光譜,藉以確認樣品的能隙,再運用不同的雷射光源當作激發光源來得到室溫下烏采結構半導體的拉曼散射光譜,所使用的雷射光源分別為325nm(He-Cd laser),442nm(He-Cd laser),488nm,514nm(Ar-ion laser),633nm(He-Ne laser)以及785nm(solid-state laser)。對於不同的烏采結構半導體在拉曼散射光譜中可以清楚的觀察到的特徵光譜模型,分別為A1(LO),E2(high),以及E2(LO)。由拉曼散射光譜圖可以清楚的發現氮化銦樣品的A1(LO)-phonon mode的位置會隨著激發光源能量的不同而有紅位移的現象。即其聲子頻率會隨著激發光源的能量的遞減而遞增,並且可以明顯的發現A1(LO)-phonon mode的峰值強度亦會隨著激發光光源能量的遞減而遞增。而氮化鎵樣品的A1(LO)-phonon mode的位置則會隨著激發光源能量的不同而有藍位移的現象。即其聲子頻率會隨著激發光源的能量的遞增而遞減,並且可以明顯的發現A1(LO)-phonon mode的峰值強度亦會隨著激發光光源能量的遞增而遞增。在氧化鋅樣品方面A1(LO)-phonon mode的峰值強度亦會隨著激發光光源能量的遞增而遞增,但是峰值不會出現明顯位移的現象。由氧化鋅所得到的結論,我們相信氮化銦與氮化鎵樣品具有很高的缺陷或雜質的存在,以致於A1(LO)聲子模在拉曼光譜中的峰值有位移現象。 除了光譜實驗上的量測外,由於我們知道樣品表面有大量載子存在,以至於造成A1(LO)-phonon和電漿耦合效應,因此利用程式模擬來了解其耦合效應所具有的物理意義。
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    合成鐵鉑-半導體(II-VI)奈米複合材料及利用陽離子交換反應形成Type-II半導體之性質鑑定
    (2010) 林玠嫺; chieh-hsien lin
      在本篇論文中我們合成CdS與CdSe奈米棍,且控制 FePt 奈米粒子選擇性的在半導體的末端生長,合成出CdS-FePt 、CdSe-FePt 半導體奈米棒末端接磁性粒子的奈米複合材料,並且具有光學和磁性性質。在光學部分我們利用光激發光螢光光譜儀(PL)可得知當CdS、CdSe接上FePt奈米粒子後,由於Schottky barrier的關係會使電子產生轉移且無法再結合,導致其放光強度降低。而在磁性部分我們利用超導量子干涉儀(SQUID)得知材料為超順磁性且其飽和磁化率有下降的趨勢。之後還可加入Au奈米粒子合成CdS-FePt-Au、CdSe-FePt-Au這種具有多成分的奈米異質結構。利用穿透式電子顯微鏡(TEM)、能量分散光譜儀(EDS)、粉末X-ray繞射儀(XRD)、紫外光可見光光譜儀(UV-Visible)鑑定其尺寸、結構、元素組成。   此外,我們還利用合成出的CdS-FePt奈米複合材料,在室溫下進行離子交換反應,利用hard-soft acid-base (HSAB) 原理,使其在形狀不變的情況下經由置換反應形成具有不同結構的type-II半導體奈米複合材料,而且藉由控制加入Cu+離子的濃度,使得奈米複合棍狀材料中Cd元素被置換的程度不同,之後我們再利用能量分散光譜儀(EDS)、粉末X-ray繞射儀(XRD)和紫外光可見光光譜儀(UV-Visible)去証實不同Cu/Cd比例的type-II CdS-Cu2S-FePt形成。
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    半導體奈米材料的製備、鑑定及應用
    (新竹市 : 財團法人國家實驗研究院儀器科技研究中心, 2001-06-01) 楊正義; 陳俊和; 陳家俊