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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Item 樹枝狀分子的合成、光物理探討及其在有機發光二極體元件之應用(2006) 陳志欣; Chih-Hsin Chen本論文討論了三種新穎的有機電激發光材料的合成方法、物理性質及元件特性。 一、小分子螢光材料 我們以McMurry的碳-碳偶合反應將9-ethyl-9H-carbazole-3- carbaldehyde 和 6-bromo-9-ethyl-9H-carbazole-3-carbaldehyde以雙鍵連接在一起成為carbazole的二聚物(dimer)作為中心發光團,接著再以高產率的鈀金屬催化的碳-氮偶合反應在外圍接上不同的芳香胺基團。這些化合物的放光範圍由藍光到黃光且有不錯的螢光量子產率。由於carbazole片段本身的特性,這些化合物有好的熱穩定性且適合電洞的傳輸。以ITO/C1~C3/TPBI or Alq3/LiF/Al為結構製成雙層式元件可達到不錯的元件效率(如: ηext = 1.0-2.1%; ηp = 0.9-1.9 lm/W; ηc = 2.4-4.8 cd/A at a current density of 100 mA/cm2)。 二、樹枝狀分子螢光材料 我們合成了一系列以4,7-bis(p-aminophenylethynyl)benzo[c]- [1,2,5]thiadiazole為中心發光團的紅光樹枝狀分子。這些樹枝狀分子具有多種不同功能性的外圍片段。它們不僅僅有保護中心發光團避免自我驟息的作用,還可以將所吸收的能量經由分子內的Föster energy transfer傳送到中心發光團來放光。除此之外,外圍片段在元件中還扮演載子傳輸的功能,使得有載子傳輸功能的樹枝狀分子製成的單層元件(結構為: ITO/PEDOT (80 nm)/dendrimers (60 nm)/LiF (1 nm)/Al (200 nm)),效率遠高於沒有載子傳輸功能的樹枝狀分子。因此證明可以藉由在樹枝狀分子引入功能性的外圍片段來提高元件的效率。 三、樹枝狀分子磷光材料 我們合成一系列非共軛的n-type and/or p-type dendronized benzoimidazoles (L) 化合物作為配位基,這些化合物可以與三氯化銥以cyclometalation的方式配位,形成具有磷光性質的三取代(tris-)或雙取代(bis-)磷光銥金屬樹枝狀分子。我們針對這些分子進行光物理及電化學性質的探討。儘管外圍片段不同,這些樹枝狀分子的放光皆來自於中心的bis- or tris-cyclometalated銥金屬錯合物。若以旋轉塗佈法製成OLED元件,發現在多一層TPBI當作電子傳輸層的條件下,已非摻雜或摻雜的方式均可得到不錯的元件效率。以ITO/PEDOT:PSS (80 nm)/PVK+Ir(nap1)3 (5 wt.-%) (80 nm)/TPBI (50 nm)/LiF (1 nm)/Al (200 nm) 為結構的元件效率為: L = 12445 cd/m2, ηext,max = 7.54 %,,ηp,max = 26.51 lm/W,ηc,max = 9.25 cd/A。Item 新胺基含氮喹啉鋁螯合物之光物理性質與有機電激發光之應用(2011) 林姈穎; Lin Ling-YingAlq3在有機發光二極體中是最常被使用的金屬螯合物之ㄧ。藉由將五號位置上的碳氫置換為氮,使得鋁與其4-hydroxy-1,5-naphthyridine螯合有較短的放光波長、較佳的載子移動率與高熱穩定性,我們可以利用真空蒸鍍的技術簡易製做出所需的元件。因此我們合成不同4-hydroxy-1,5-naphthyridine之衍生物及其鋁螯合物,並探討光物理性質及電化學研究。這一系列化合物作為發光層製作成元件,可得到良好的電激發光效率,並且可成功地用在主、客體發光系統中作為主體材料,製作出高效率的藍光(摻入物)元件與白光元件。例如我們將perylene摻雜進上述的主體材料,其元件的外部量子效率可達到2.4%,CIE色度座標落在(0.14, 0.25);應用於固態照明時,則將rubrene摻雜入上述主體材料,其白光元件在100 cd/m2的亮度下,外部量子效率可達4.8%;在1000 cd/m2的亮度下,外部量子效率達4.7%,在最大亮度下的CIE色度座標落在(0.34, 0.46)。Item 寬能隙含氮喹啉金屬螯合物之合成與鑑定及其在藍色螢光有機發光二極體之應用(2008) 廖思虹; Szu-Hung Liao三(八羥基喹啉鋁)在有機發光二極體中是最常被使用的金屬螯合物之ㄧ。藉由將五號位置上的碳氫置換為氮,並且在四號及六號碳之位置加入甲基或是苯環取代,我們合成出三種配位基:mND、mmND以及mpND,並且與金屬鋁、鎵、銦、鎂、鋅、或鉿螯合,發展出一系列由藍色至深藍色之發光材料,並完成詳細性質之鑑定。我們將這一系列化合物作為發光層製作成元件,可得到良好的電激發光效率,並且可成功地用在主、客體發光系統中作為主體材料,製作出高效率的藍光(摻入物)元件與白光元件。Item 雙鄰位結合的咪唑/雙芳香胺取代之雙苯基茀融合系統在有機電致發光材料的研究(2008) 林蓓羚我們開發出以苯環對位有二芳香胺取代的咪唑 ( Imidazole ) 為主體螢光材料,各別將苯環的鄰位連接到茀的C9位置形成旋環化合物Spiro-BI,此以推電子的三芳香胺片段與接收電子的咪唑片段做搭配,使得主體結構具有偶極 ( Dipolar ) 的特性,我們將這類化合物應用在有機發光二極體 ( OLED) 元件的研究,希望能在此材料層有效形成光激子 ( Exction )作為發光層。 本論文利用X-ray晶格繞射確立結構後,再以熱重分析儀評估其熱穩定性,發現這一系列化合物在熱穩定性上Td值的範圍可高達400oC以上。接著對此類化合物進行吸收、放射光譜、螢光量子產率的測量,同時也利用循環伏安法評估其氧化還原行為和推測其HOMO-LUMO能階。發現此系統化合物具有可逆的氧化峰且大約在5 eV左右,因此推測其適合作為電洞傳輸兼發光層。 我們以光物理與電化學性質為基礎,預期此類化合物適合作為電洞傳輸兼發光層。於是我們將其搭配合適的電子傳輸層和電洞阻檔層,來製作發光二極體元件,並測量其光電性質。發現化合物6a所構成的深藍光叁層元件正如我們預期的展現出優良的元件效率,元件結構為ITO/6a/BCP/Alq3/LiF/Al時,驅動電壓只有3 eV,最大亮度達5688 cd/m2,在電流密度100 mA/cm2時,量子產率為2.47 %,電流效率2.21 cd/A及功率0.96 lm/W,CIE座標為(0.15,0.10),放光最大波長值為436 nm,半高波寬只有56 nm。Item 以Tribenzo[b,d,f]oxepine為中心之雙極性發光材料(2017) 吳承儒; Wu, Cheng-Ru本研究合成出6個以tribenzo[b,d,f]oxepine為主架構之化合物,並分別在含氧原子的苯環對位(para-position)連接推電子基團9H-carbazole (或 9,9-dimethylacridane)及拉電子基團CN,使有機材料同時具有寬能隙和雙極性的特性,並可放出波長介於397-434 nm之藍紫色螢光。我們分別利用了UV-Vis吸收光譜、螢光分光光譜來量測化合物的光物理性質,以及光電子能譜儀量測HOMO能階亦使用了TGA、DSC來證實化合物具有高的熱裂解溫度(323−386 oC)。經由理論計算,發現這些分子的HOMO與LUMO軌域之電子雲分布趨於定域化,並與實際測得的結果具有高的HOMO、LUMO能差相符。Item 以理論計算探討具高效率反向系統間跨越性質的有機化合物設計原理與其有機發光二極體應用(2016) 黃資庭; Huang, Tzu-Ting近年來,有機發光二極體之領域致力於發展可有效利用75 %三重態激子的有機螢光材料。目前最受注目的提高激子使用效率方法為設計具有電荷轉移激發態之有機分子,使其三重態激子更有效地透過反向系統間跨越至單重態,進而增加螢光放光。本篇論文將利用計算化學針對新一代有機發光二極體的發光分子進行探討,期望提供此類型發光分子的新設計觀點。本篇論文內容包含以下兩個部份: (i) 根據El-Sayed’s規則,其激發態的躍遷型態改變能有助於系統間跨越的發生,而目前大部分的熱啟動延遲螢光分子,皆在電荷轉移激發態之間進行反向系統間跨越。因此,在第一部份我們將根據自旋-軌域耦合積分值大小,探討具有電荷轉移和nπ*性質混合的激發態對於系統間跨越之影響。此外,我們也利用硫原子取代螢光素之羰基上的氧原子,觀察其重原子效應之影響。 (ii) 由於含時密度泛函理論(TD-DFT)在計算電荷轉移激發態時,若使用缺少非局部密度交換能描述的密度泛函時,常會出現低估激發態能量的問題。因此,在第二部分,我們將利用三種不同的密度泛函,對存在類似熱啟動延遲螢光性質的雜化局部-電荷轉移分子系統做詳細的第一原理調查。此外,我們也使用線性響應溶劑模型與態特定溶劑模型,比較此兩種不同方式描述溶劑影響激發態能量的差異性。Item 以理論角度探討有機發光二極體使其有效增加三重態激子轉換至單重態與應用(2015) 周晁霈; Chou, Tsao-Pei在光電元件中,有機金屬錯合物佔據大部分的市場,但也造成價格不菲主因。反觀近幾年,有機材料的部分,純的有機系統之熱活化行延遲螢光 性質與設計及在光電應用也蓬勃發展起來。為了深入解有機分子材料的光物理特性,可以透過理論計算的方式來研究,使其在未來應用上有重大突破。 本論文將探討有機分子系統之光物理性質,特別針對有機分子中透過異碳原子(如:硫、氧)所產生Tm到Sn之間逆向系統間跨越(Reverse Intersystem crossing,RISC)而形成TADF機制之影響參數進行研究。高原子序之異碳原子的重原子效應產生之強自旋-軌道交互作用力 (spin -orbit coupling, SOC),可以增強逆向系統間跨越的效率,使其有利於讓三重態激子回到單重態放出螢光。若能有效的提升逆向系統間跨越的效率,就可間接提高有機系統放光的量子產率,因此RISC速率的 大小是很多光電材料應用上關鍵因素。本篇將對各種不同類別的包含異 碳原子之分子系統進行討論,以理論計算方法預測這些異碳原子對系統的SOC與ΔEST的影響,並與分子的結構影響做比較。最終希望能找出影響 有機系統關鍵因素且創造出一個具有小的ΔEST與較高的SOC。我們主要以 氧(Oxygen)、硫(Sulfur)及硼(Boron)等含異碳原子系統為討論對象,探討我們將著重在電荷轉移激發態(CT)、nπ*和ππ*激發態的定量與定性分析上 。 本篇將針對以下幾點進行討論,包含電子結構、鍵長、電子躍遷性質、單重態與三重態能階差等,也對高TADF放光效率的有機分子系統進行一系列的探討。Item 雙功能性、偶極的喹咢啉中心模板之三芳香胺衍生物在小分子、高分子有機電致發光材料的研究(2005) 林怡妏我們開發出以喹咢啉 ( Quinoxaline ) 為骨架結合三芳香胺 ( Triarylamines ) 類衍生物作為有機電致發光材料,由於結合雙功能性 ( Bifunction ) 與偶極 ( Dipolar ) 的特性,使材料之間更能有效形成光激子 ( Exciton ),將推電子基團的七圓環三芳香胺片段與拉電子基團的喹咢啉片段搭配,形成具有1:1的接受-給予 ( Acceptor – Donor ) 電子系統 ( QLIMS; Q ) 的化合物之衍生物,在有機發光二極體小分子、高分子有機電致發光材料之研究。 本論文利用熱重分析儀評估其熱穩定性,發現有取代基的QLIMS這一系列化合物在熱穩定性上有不錯的表現。接著對此類化合物進行吸收、放射光譜、螢光量子產率的測量;同時也將利用循環伏安法評估其氧化還原行為和測定其HOMO-LUMO能階。發現此類化合物適合當作電洞傳輸兼發光層,並搭配合適的電子傳輸層製作發光二極體元件,並測量其光電性質。小分子綠光化合物在與Alq3搭配製成元件時,最大亮度可達12347 cd/m2;引入二苯胺基 ( Diarylamine ) 取代基使發光發光範圍調整至645 nm至675 nm,與Alq3搭配製成元件時,為一飽和的紅光材料,最大亮度可達10300 cd/m2。高分子化合物摻雜PVK導入PBD電子傳輸層製作高分子元件,能有效透過能量轉移放光,展現出良好的發光效率,最大亮度可達610 cd/m2。