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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    以拉曼光譜技術及基質輔助雷射脫附游離質譜法分析藍色水彩顏料及應用在畫作上的鑑定
    (2022) 鐘琬茹; Zhong, Wan-Ru
    本論文以拉曼光譜技術建立各種藍色顏料的標準參考拉曼圖譜,使用的藍色顏料包括群青、酞青藍、鈷藍、普魯士藍、靛藍等,共8種常用的藍色顏料。再分析87支市售的藍色水彩顏料,發現較多水彩顏料是以群青及酞青藍為成分製作,甚至能發現有些藍色是與白色、紫色或綠色顏料混和而成。而有些無法以拉曼光譜儀直接測量到的顏料,以水洗方式純化顏料後再進行測量,洗去顏料中的甘油、阿拉伯膠等物質後,便能成功檢測出該顏料的拉曼光譜。建立標準參考拉曼圖譜後,本論文也實際應用於畫作上的鑑定,分析由國立台灣師範大學文物保存中心提供的畫作,鑑定出畫作上的藍色顏料為群青,紅色顏料為朱紅,黃色顏料為鉻黃,而綠色顏料為普魯士藍混和鉻黃。除了使用拉曼光譜技術之外,本論文也利用基質輔助雷射脫附游離飛行時間質譜技術(MALDI-TOF MS)針對藍色水彩顏料進行分析的研究,因為MALDI-TOF MS具有可大量分析樣品的優勢,未來可能用於大量分析未知顏料或建立顏料質譜數據庫,實驗結果發現酞青藍、陰丹酮藍以及靛藍顏料均能得到質譜圖。
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    以拉曼光譜技術鑑定東方繪畫顏料的實際與應用
    (2021) 張滙婷; Chang, Hui-Ting
    本研究以拉曼散射光譜儀分析顏料的拉曼指紋圖譜,做為標準參考物質顏料,建立鑑定維護或修復畫作時所需的標準拉曼光譜圖。再使用本實驗室開發的LabVIEW程式擷取背景螢光的功能,擷取螢光背景光譜圖分析,另一方面也使用表面增強拉曼散射技術,藉著增強拉曼訊號並降低螢光背景的方法,解決螢光干擾的問題。利用上述方法技術,以螢光光譜區分方解末及胡粉兩種碳酸鈣顏料和辰砂及鉛丹兩種無機顏料;而LabVIEW程式無法解決的背景螢光問題,以表面增強拉曼散射技術,增強拉曼訊號並解決螢光干擾的問題,藉著添加奈米銀及使用拉曼光譜儀分析,解決紅色有機顏料強烈的背景螢光問題。本研究分析顏料標準品的拉曼光譜圖,實際將表面增強拉曼散射技術應用於東方畫作未知樣品上,成功降低拉曼光譜中的螢光干擾,並與顏料之標準拉曼光譜比較,分析出未知樣品1中之成分顏料為鉛丹,未知樣品2中之成分顏料為鉛丹和鉛白,透過分析未知樣品的例子,證明本研究方法能成功應用於東方畫作顏料的鑑定上。
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    拉曼光譜技術在顏料鑑定及建立資料庫上的應用
    (2020) 簡佩妏; Chien, Pei-Wen
    白色顏料是繪畫上一個分常重要的顏料,加上畫家需要呈現不同的繪畫感覺,因此有許多以不同材料來源所製成的白色顏料。本論文選擇檢測快速且具有獨一無二的拉曼散射訊號的拉曼光譜技術對胡粉、鉛白、珍珠粉、白雲石、方解末、鋅白、鈦白、立德粉與水干雲母共9種白色顏料進行鑑定,並應用於畫作上的顏料分析 除了白色顏料的研究,本論文也選用7種碳酸鈣顏料,搭配本實驗室開發的LabVIEW拉曼光譜背景螢光減去程式,解決碳酸鈣顏料拉曼光譜螢光訊號干擾的問題。並且透過此程式具有將扣除的螢光訊號重新繪製成螢光光譜的特點。將7種碳酸鈣顏料被扣除的螢光訊號重新繪製成螢光光譜,並根據螢光最大波長的數值成功分辨出這7種碳酸鈣顏料。 本論文也進行畫作上顏料的鑑定。進行檢測的有五月雨以及奈良市登大路町十四這兩幅畫。透過拉曼光譜的結果,以及LabVIEW拉曼光譜背景螢光減去程式的應用。推測五月雨的白色蝴蝶可能使用胡粉或方解末這兩種以碳酸鈣為主成分的白色顏料。奈良市登大路町十四的打底層則推測出是使用鉛白,白色建築物則是使用鋅白。 本論文也會介紹LabVIEW文物修復專用光譜資料庫,此資料庫為國立臺灣師範大學美術系與化學系共同建立的資料庫,是國立台灣師範大學獨有的資料庫。與其他資料庫相比具有未知物光譜檢索功能。並且搭配Data thief圖檔轉換程式,能夠快速的擴充資料庫,目前資料庫內已有20種天然材料製成的顏料拉曼光譜。
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    以化學氣相沉積法合成新穎二維材料二硫化錫奈米薄片以及可撓式壓電元件的應用
    (2018) 黃俊偉; Huang, Jun-Wei
    近年來,二維層狀半導體材料,被許多科學家及實驗室研究團隊積極開發,像是石墨烯(graphene)及層狀金屬硫族化物(layer metal dichalcogenides)。石墨烯隨著奈米碳材熱門研究與發展下,由於其取得容易、市價便宜,且表現出十分優異的物理特性,包括高導電、高導熱性質。但在半導體特性上,缺乏明顯的能隙,導致石墨烯在電子及光電元件上限制了其應用端的表現。因此,我們將研究著重在有能隙的層狀金屬硫族化物半導體材料-二硫化錫(SnS2)。二硫化錫為n-型半導體,具有2-2.6電子伏特之薄膜厚度相關的間接能隙、開關電流比102及載子移動率可高達0.1~1 cm2/Vs,使得應用在場效電晶體、光電感測器、可撓式元件、太陽能電池應用上,受到了高度關注跟重視。 以機械剝離法將三維塊材製備成層狀二硫化錫薄膜,即可簡易又快速得到高品質單晶材料,但此法難以控制材料大小及薄膜層數是難以改善的缺點。而利用化學氣相沉積合成法,可製備大面積兼具高品質二硫化錫奈米薄膜。本研究中,使用草酸錫(SnC2O4)及硫粉(S)作為實驗前驅物,通入氬氣(Ar)於石英管中反應,在高溫爐中成功以化學氣相沉積法(chemical vapor deposition, CVD),利用由下往上(bottom-up)的沉積方式,將二硫化錫奈米薄膜成長於p-型矽基板上,為了擴大面積,減少成核密度(nucleation density),我們嘗試了各種方法,包含增加腔體內部氣體流速的調整和減少前驅物的使用量。並藉由光學顯微鏡、拉曼光譜儀、原子力顯微鏡、掃描式電子顯微鏡、高解析穿透式電子顯微鏡、X-光晶格繞射、來進一步鑑定我們合成的二硫化錫奈米薄膜。 我們隨著科技進步,人們對於高性能之電子產品,需求日益增高。如可撓式、輕薄式之電子基板等,也因此具有壓電壓阻高機械強度的二維半導體材料成了熱門研究主題。本研究以機械剝離法將二硫化錫轉置在聚對苯二甲酸(polyethylene terephthalate, PET)薄膜上,製成可撓式電子元件,並架設一個壓電感測平台,以量測二硫化錫電晶體在上下彎折時,拉伸與擠壓應力產生的電流起伏變化。未來,可進一步應用在可撓式的電子產品,人體脈動量測,或是其他新穎二維材料壓電鑑定上。 關鍵字:二硫化錫、化學氣相沉積、拉曼光譜儀、原子力顯微鏡、場效電晶體、壓電效應、可撓式元件