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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Now showing 1 - 8 of 8
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    格林函數在不同切口奈米碳管的研究
    (2020) 詹敦皓; Chan, Tun-Hao
    在這個論文中我們透過格林函數研究了三種不同切口的奈米碳管的態密度及局部態 密度。這三種切口分別為:(1) 正切 (n, n) 扶倚奈米碳管、(2) 正切 (n, n) 鋸齒奈米碳 管以及 (3) 斜切 (n, n) 扶倚奈米碳管。我們透過兩種方法計算格林函數:(1) 迭代法以 及 (2) 積分法,其中迭代法利用到半無限系統的幾何自相似的特質,而積分法則是把石 墨烯上的 k 態來線性組合成符合邊界條件的態並對所有允許的態除以 (E − E λ k + i η ) 求 和。透過比較態密度與局部態密度我們發現在正切扶倚奈米碳管有週期性震盪、正切 鋸齒奈米碳管有邊界態,而這兩個現象在斜切扶椅奈米碳管都有發現。我們並利用拿 表面格林函數來研究斜切 (8, 8) 扶倚奈米碳管的透射率。
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    二維SSH模型的拓樸性質與分類
    (2020) 張家勳; Chang, Chia-Hsun
    當塊材具有拓樸性質時,其對應的邊界上會存在邊界態,這就是所謂的「塊材與邊 界對應性」。此對應可由簡單的一維模型 − SSH 模型或 extended SSH 模型來做驗證。 我們嘗試將一維 SSH 長鏈交錯編織以推廣成二維系統,並稱之為二維 SSH 模型。 我們發現透過調整二維 SSH 模型的參數,系統有可能為半金屬,弱拓樸絕緣體或 是一般的絕緣體。由於二維 SSH 模型具有時間反演對稱性,我們利用這個特性定義出 一個強拓樸量與兩個弱拓樸量,並用它們來為系統做分類。此外,我們也發現這個分 類方法等價於一個圖像化的分類方式。利用數值方法,我們驗證了二維 SSH 模型的塊 材與邊界對應性。最後,當選取特定的參數與邊界條件時,可以得出不同邊界型態的 奈米碳管的結果。
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    奈米導電高分子聚苯胺複合材料—製備、特性及其應用
    (2010) 洪瑛鍈; Ying-Ying Horng
    聚苯胺由於其本身獨特的電化學與光學特性,已廣泛地應用在化學、生物檢測器、超級電容器和燃料電池等領域。近年來,一維奈米結構的導電高分子,包括奈米線、奈米棒和奈米管等,具備低維高表面積與有機導體的優勢,更有著令人期待的發展。唯其在實際的應用上,尚須更進一步地探討與研究。本論文探討奈米導電高分子聚苯胺複合材料—製備、特性及其應用,主要內容包括有葡萄糖氧化酶酵素電極的製備,繼而應用於葡萄糖的偵測;另則探討聚苯胺奈米線/碳布與聚苯胺和奈米碳管複合材料電極的製備,以及其在超級電容器的應用。 第一部份為利用電化學合成方法,直接將聚苯胺奈米線成長在碳布表層,並同時植入葡萄糖氧化酶以製備成酵素電極,繼而應用於葡萄糖濃度的偵測。碳布被選擇作為電流的收集器,乃是考慮其具備高導電性、化學穩定性及其高孔洞三維結構可提供高表面積,可提供聚苯胺奈米線更多的成長空間;另由於直接成長的聚苯胺奈米線與碳布之間,有效降低介面瑕疵因素,因而可展現優異的偵測靈敏度。本研究所製備一維聚苯胺奈米線具備高表面積特性,有利於較高濃度葡萄糖氧化酶的植入,可將葡萄糖的偵測靈敏度提高至~2.5 mAmM-1cm-2程度,相關葡萄糖濃度的偵測範圍為0-8 mM,具備可應用於人體葡萄糖濃度的偵側能力。 至於超級電容器的應用,本論文主要探討聚苯胺奈米線/碳布與聚苯胺與奈米碳管,兩種奈米聚苯胺複合材料電極。本研究所製備出的聚苯胺奈米線/碳布電極,不僅具備高單位重量電容值之外,同時也具備相當高的單位面積電容值,顯示出極佳的電容效能。根據定電流充放電分析,其單位重量電容值高達1079Fg-1 ,相關比能量與比功率則分別為100.9Whkg-1和 12.1 Wkg-1,至於其單位面積電容值可高達1.8 Fcm-2程度。然而基於聚苯胺本身的電子傳導性較差(相較於金屬導體),因此在可逆氧化還原轉變的過程中,通常會由於聚苯胺本身的內電阻效應而導致部份電子的損失,降低了電容的穩定性,致使面臨無法長時間重複循環使用的缺點。對於奈米碳管材料而言,由於具備良好的導電性和機械性質,因而奈米碳管和聚苯胺複合材料,可大幅改善電極的導電性。因此,聚苯胺與奈米碳管混合式複合材料所製備電極,不但可提升其功率密度,而且也因具備優良的械性質,有效降低因重複循環使用所造成電極結構上的破壞程度。
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    氧電漿修飾奈米碳管應用於燃料電池
    (2010) 康志銘
    在本研究中我們利用直接成長奈米碳管的方式來合成氧修飾的奈米碳管,探討在製程中加入氧氣對於成長奈米碳管的影響,並利用此碳材應用在甲醇氧化觸媒載體的應用。我們利用穿透式電子顯微鏡及場發射電子顯微鏡來觀察我們成長的含氧奈米碳管表面形貌,並以傅立葉紅外線光譜和電子能量損失圖譜來確認表面含氧的官能基的分佈。 我們利用射頻磁控濺鍍機將白金觸媒佈植於直接成長含氧奈米碳管(Pt/O-CNT)以及一般奈米碳管上(Pt/Untreated-CNT) ,並利用電化學的實驗來分析碳材載體對觸媒活性的影響。在甲醇氧化反應的測量中我們發現到氧修飾的奈米碳管有增進白金觸媒活性的現象,與Pt/Untreated-CNT相比,Pt/O-CNT可以提升80%的甲醇氧化電流,因為碳管表面含氧官能基的貢獻使得白金觸媒毒化的現象降低不少,因此在氧化甲醇實驗中得到良好的效果,而且含氧官能基均勻的分佈在碳管表面,增強白金觸媒和碳材之間的作用力,減少白金觸媒聚集的現象,因此在穩定度方面也有不錯的結果。
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    直接成長之官能化奈米碳管於燃料電池之應用
    (2008) 陳建竹; Chien-Chu Chen
    先前的研究中我們以微波電漿化學氣相沈積系統(MPECVD)將奈米碳管直接成長在碳布上(CNTs-CC),再以射頻磁控濺鍍機將白金觸媒佈植於奈米碳管上(Pt/CNTs-CC),藉著奈米碳管的高導電性以及直接成長法降低介面阻值來增加白金觸媒的利用率,此外亦發現奈米碳管中摻雜氮厡子造就活性位置使得白金觸媒在奈米碳管上分散得更好,為了於奈米碳管上製造更多的活性官能基,我們在成長氣體中加入了氧氣,期望有更多的含氧官能基以及缺陷在奈米碳管表面生成。 在本研究中奈米碳管的成長氣體為CH4/H2/N2/O2流速為80/20/80/1.5 (sccm) ,在微波電漿化學氣相沈積系統中以1500 W的功率成長10分鐘,再以射頻磁控濺鍍機將白金觸媒佈植於直接成長含氧奈米碳管(Pt/O-CNT-electrode)以及一般奈米碳管上(Pt/CNT-electrode) ,並比較其電化學反應的差異。 我們以電化學方法、拉曼震動光譜、以及化學分析電子光譜得知碳管上含氧官能基的存在,並且發現Pt/O-CNT-electrode 在甲醇催化反應中遠比Pt/CNT-electrode 來的穩定,這是因為碳管表面含氧官能基的貢獻使得白金觸媒和碳材本身的作用力,加強本論文將分析此ㄧ材料的特性,並探究此材料對白金觸媒之催化活性以及穩定度方面貢獻的原因,期望能在往後的材料研究及應用面作出貢獻。
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    利用理論計算來研究如何合成及修改奈米碳管
    (2016) 葉相均; Yeh, Hsiang-Chun
    奈米碳管的應用非常的廣泛,經過各種類型的研究,碳管在催化上能夠有良好的效果,其重點是研究各種缺陷位對於碳管之貢獻,而這裡則鎖定於graphite-like型式的氮參雜缺陷為主體,先比較四個氮的缺陷與三個氮的缺陷位的性質,也考量參雜不一樣的金屬原子,比較其形成能的變化趨勢,在觀察吸附不同小分子的吸附能,發現其3N與4N兩種不同的缺陷,形成完全不同的配位場。   接著利用包含空位缺陷,stone-wales缺陷,氧氣吸附的吸附位,與含氮之缺陷位,這幾種類型是可能在合成碳管中出現的結構,找出其不同類型的缺陷位所擁有的關聯性,來加以判斷在合成碳管的過程中,其可能的趨勢為何種情況,最後,為了能夠控制出其缺陷位之形狀,而也找出一種能夠修復空位太大之情況。
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    微焊接技術探討與微電路製備
    (2015) 簡仲葳; Chien, Chung-Wei
    有鑑於原子力顯微術(Atomic force microscopy,簡稱AFM)在奈米科技發展的應用潛力,本論文擬以導電模組原子力顯微技巧(Conducting-mode AFM)製備出微型電流調節閥裝置(Current rectifier)。根據本實驗室過去經驗,若對AFM探針施加偏壓,其針端電場可引起局部氧化(AFM-based field-induced local oxidation,簡稱ALO),使Phenothiazine化合物,如Thionine,進行氧化聚合反應而固定於探針下方導電載體表面。由於這些聚合高分子具有導電性,故可作為微焊接著物。此外,根據文獻報導,奈米碳管具有優越電子傳導能力。若能結合這兩種物質的特性,便可藉以製備微電流調節閥,探討電子在奈米碳管表面的傳導機制。實驗結果顯示多層奈米碳管是半導體,幾乎不具電子傳導功能,但若在其兩端以微焊技術焊上Thionine,則可使電流在其表面流通,顯示本論文所發展的微焊技術極具應用潛力。
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    一維奈米材料的成長、分析與功能化(2/3)
    (2004-09-08) 陳貴賢; 陳家俊; 王崇人; 林麗瓊; 吳季珍; 彭維鋒; 馬廣仁; 陳啟東; 呂宗昕; 莊敏宏; 陳俊維
    本計畫一年來 陳家俊 、林麗瓊、吳季珍、王崇人分別在Sb/sub 2/S/sub 3/、InN、GaN、ZnO、TiO/sub 2/、Ga/sub 2/O/sub 3/、Au等一維奈米材料的製備與特殊功能研究上有具體進展,除了有效製備各種奈米管、奈米線之外,我們更進一步研究其功能性的應用,以及特殊設計模式成長成為可行,有效促進下游的功能性應用研究。在光電特性分析上,彭維鋒利用同步輻射中心的X光吸收光譜(XANES)結合林麗瓊的電子束螢光光譜儀(Cathodoluminescence; CL),以及可以對奈米大小尺寸的材料的電子結構,形貌、成分、螢光特性做有效分析。同時,UV Micro-Raman/PL系統在加裝325-nm光源之後,可以在有效再低溫下測量寬能距材料螢光與拉曼光譜,對本計畫光電特性的研究有極大幫助。在功能性應用方面,王崇人將研發出來的金奈米柱的表面電漿波應用於生物分子檢測,並且發展出光奈米光熱轉換的方法,可應用於生物晶片檢測及醫療聲波顯像上。陳啟東利用e-beam writer連結CNT並測其電性,在MWCNT上看到Columb oscillation。同時,呂宗昕與莊敏宏分別將CNT應用在鋰電池電極與場發射方面的研究,初步測 量顯示鋰電池充電量遠出過當前的文獻報告。呂宗昕也發展奈米結構鋰電池陽極材料,這配合奈米碳管鋰電池應用將有極大潛力。