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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    溫度與氧壓對氧化鋅摻雜釓的光學性質與磁性影響
    (2019) 姚壬茨; Yao, Ren-Ci
    本論文利用脈衝雷射蒸鍍法(PLD)在c方向的單晶藍寶石基板上製備150 nm厚的氧化鋅(ZnO)與氧化釓鋅(ZnGdO),並探討薄膜鍍膜速率、薄膜的結構特性、光學性質及磁性的和基板溫度、鍍膜氧壓關係。薄膜的製備條件PLD單位面積雷射能量為2.5 J/cm2,鍍膜氧壓分別為3×10-1 mbar與3×10-2 mbar,釓的摻雜比例為5 at.%,鍍膜溫度為室溫到750 ℃。 X光繞射及拉曼散射光譜顯示薄膜並沒有雜質或其他晶相產生,表示釓成功的取代氧化鋅。鍍膜溫度在750℃時,薄膜結晶品質最好,其中氧化鋅薄膜的最佳鍍膜氧壓為3×10-1 mbar,氧化釓鋅薄膜的最佳鍍膜氧壓則為3×10-2mbar。在最佳鍍膜條件下,氧化鋅和氧化釓鋅薄膜的晶粒大小分別為31.82 nm、16.87 nm;拉曼光譜也出現E2L-B1H特徵峰。 螢光光譜顯示氧化鋅與氧化釓鋅薄膜皆可觀察到近能隙發光,而氧化鋅薄膜主要來自鋅間隙、鋅空闕的缺陷發光;氧化釓鋅主要來自鋅間隙、鋅空缺和氧空缺的缺陷發光。超導量子干涉磁量儀測量結果顯示氧化鋅薄膜與氧化釓鋅皆為順磁性,飽和磁矩隨著鍍膜溫度下降而上升,有摻雜釓的氧化鋅的磁矩較氧化鋅高。飽和磁矩的來源除了摻雜的釓原子,還包含薄膜中的缺陷,但這些缺陷並沒有辦法增強耦合交互作用,因此雖然摻雜5 %的釓仍為順磁性,沒有變成鐵磁性。
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    脈衝雷射蒸鍍法蒸鍍氧化鋅及氧化釓鋅薄膜
    (2011) 簡志峰
    稀磁性半導體要能有實際應用,其應該要具備以下兩個條件:(1) 居禮溫度 (Curie temperature) 要在室溫以上,以及 (2) 其磁交互作用為RKKY 交互作用(Rudermann-Kittel-Kasuya-Yosida interaction),即透過載流子作為媒介的磁交互作用 (charge-mediated interaction)。如此才能夠發展工作溫度在室溫以上的自旋電子學元件,並且有機會透過調變稀磁性半導體的載流子濃度來改變其磁性,進而調變自旋電子學元件的功能。 氧化鋅是一種Ⅱ-Ⅵ 化合物半導體,其室溫(300K)下能隙(band gap)高達3.37eV,光譜波長約為367nm,不過大部分直接觀察到的發光波長是在375nm附近,較能帶間隙較小,這能量差是因為氧化鋅的激子束縛能(exiton binding energy)約60meV。激子是半導體中電子及電洞因庫倫交互作用耦合而成。因為室溫(300K)相當於25meV,此時氧化鋅的激子尚未因熱擾動而游離,所以室溫下可存在,使氧化鋅成為極具潛力的藍光、近紫外光、白光等短波長光電元件材料。 釓(Gd),原子序數為64,屬於鑭系元素,是稀土元素之一,其原子量157.25,原子半徑188pm,比鋅(Zn)135pm還大。而釓元素的電子組態是[Xe] 4f75d16s2,具有半填滿的4f軌域及5d軌域以及7.98 μB的原子磁矩 (atomic magnetic moment),直觀上是稀土族元素之中最適合用來發展稀磁性半導體的稀土族元素 脈衝雷射蒸鍍是一種特別的物理氣相沈積法,具有高鍍膜速率,易控制其異質多成份化學計量組成及易於調控鍍膜系統等特點。 實驗使用脈衝雷射蒸鍍法在結晶的氧化鋁(藍寶石)基板上成長氧化鋅薄膜並摻雜釓元素來產生自旋流。
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    寬能帶氧化鋅、氮化鎵奈米晶體之高壓拉曼光譜研究
    (2003) 徐意娟; Hsu Yi Chuan
    本論文內容共可分為兩大部分:第一部份主要研究各種形狀及大小的奈米氧化鋅樣品,在高壓作用下的聲子特性以及其結構相變發生之壓力,第二部分則是研究不同載子濃度的氮化鎵奈米線,在壓力作用下電性發生變化的現象,以應證其A1(LO)聲子不對稱的原因。 由常溫常壓下氧化鋅各樣品的拉曼光譜圖,發現量子點樣品在1050cm-1處看到一個可能是由於表面效應而產生的聲子。在ZnO升壓的過程中,聲子頻率與壓力呈線性的關係,並發現奈米氧化鋅材料的結構相變壓力較塊材高,當粒徑愈小相變壓力愈高,且其高壓相也愈不穩定。本論文所使用之ZnO樣品發生結構相變的壓力範圍分述如下:27nm dots:在8.7~11.6GPa之間,54nm dots:是在9.2~11.2GPa之間,而205nm rods:是在9.7~10.9GPa之間。所有的樣品於壓力降到約1.5~2.1GPa時,氯化鈉結構的拉曼聲子會完全消失而回復烏采結構,也就是說氧化鋅奈米結構的結構高壓相變過程是可逆的,但在烏采結構恢復前,會先相變至一個與烏采結構相近的中間暫穩態相,此中間態相與原子沿C軸方向的排列有密切的關係。 由常溫常壓下氮化鎵各樣品的拉曼光譜圖中,發現隨著420cm-1附近的布里淵區邊界聲子強度的增強,A1(LO)聲子強度漸強且變得不對稱,此現象與載子濃度有很大的關係,因為較高的雜質濃度會增加聲子間發生交互作用(多階拉曼散射發生)的機率,由上述可判斷本實驗之氮化鎵奈米線樣品的載子濃度為:A6<S2<S1。而在隨壓力變化的拉曼光譜圖中,當壓力到達某值時,A1(TO)聲子與壓力之線性關係斜率會突然發生改變,此時氮化鎵之電性由半導體轉變導體,本實驗中樣品的相變壓力分別為S1:12.5GPa,S2:23.2GPa,A6:24.2GPa,由此推斷樣品的載子濃度應為:A6<S2<S1,由上述實驗結果可知,LO聲子的形狀和強度確實是載子濃度的效應,而非表面聲子。
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    危害氣體捕集與化學偵測方法之研究
    (2017) 王志嘉; Wang, Chih-Chia
    本研究結合氣體捕集與化學偵測之方法,期望能在環境中即時分析揮發性有機氣體 (VOCs),以增進氣體感測發展與建置具有良好再現性及迅速反應性之感測系統。 本研究第一部分的主要工作內容:對於在工廠附近的周界空氣之現場測試結果所建立對於分析低濃度有機胺類混合物的方法。此本次實驗以甲胺等七種常用於工業上的有機胺類作為目標汙染物。使用兩個充滿去離子水的鐵弗龍衝擊瓶作為採集器。所有胺類的回收值是介於93.2% (三甲胺)到103.4% (丙胺)之間。所收集的樣本利用具有電導偵測器的離子層析儀進行分析。我們藉由分別操作兩種不同溫度的管柱(35.0和17.5 °C)將七種有機胺類分開。此方法的偵測極限範圍在0.11 ~ 0.48 ppb之間,對於環境氣味可以有效的控制。我們也研究了樣品準確值、保存時間及其他化合物的干擾。在電子化學廠外圍環境中,現場測試方法偵測到三種低濃度 ppb等級的目標胺類。我們使用相同方法來定量在其他印刷電路板 (PCB)製造工廠內濃度超過100 ppb的三甲胺。這種不用溶劑和花費合理的採樣方法可以有效地分析在環境上的低濃度胺類並適合不論是在工廠製成區或是其外圍等大範圍環境[69]。 本研究的第二部分探討滴鍍於石英微量天平的奈米多孔性氧化鋅微球對於有機氣體之感測特性。多孔性微球組成的氧化鋅奈米粒子經由水相合成聚合成為具有微米等級直徑的球體。氧化鋅微球之多孔性結構同時提供氣體吸附之足夠表面積與作為氣體交換的擴散路徑,可逆的反應訊號說明完全無殘留的吸附與脫附作用。聚氯乙烯薄層在氧化鋅與石英微量天平的電極表面之間作為黏著層。本研究進行具有不同官能基的四種揮發性有機化合物測試以顯示在聚氯乙烯與多孔性氧化鋅粉末之間的選擇性區別。為了比較於聚異丁烯與奈米多孔性氧化鋅之間在選擇性方面的差別,我們使用有著不同官能基的五種揮發性有機化合物來測試在石英微量天平上的感測薄膜。此外,奈米多孔性氧化鋅鍍膜感測器的反應時間只有聚異丁烯鍍膜感測器的一半,此結果指出奈米多孔性氧化鋅微球可以作為石英微量天平具選擇性與迅速反應的材料選項之一[70,71]。