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2,3苯並呋喃為中心之寬能隙、雙極性之發光材料(2014) 蔡議緯; Yi-Wei Tsai本篇論文成功開發出四個以phenyl benzofuran為主架構之化合物,並在phenyl環間位(meta-position)導入naphthyl基團或推電子基團phenothiazine及拉電子基團dimesityl boron,使得材料同時具有寬能隙及雙極性,並可以放出可見光乃至藍紫光的雙極子螢光分子。 為了瞭解這四個材料在有機發光二極體材料方面的潛力,我們利用了UV-Vis吸收光譜、螢光放光光譜、光電子光譜來量測其光物理及功函數。此外,本研究也利用TGA、DSC與TOF來證明材料本身的熱穩定性以及電荷遷移率。 四個材料的能隙介於3.28至3.73 eV之間,電荷遷移率接近10-4 cm2/Vs。特別是C-naOL與C-MesOL兩者更具有較高的螢光量子產率,故分別在紫色及藍色螢光電激發光元件的應用上具有一定的潛力。Item 以理論計算探討重原子過渡金屬其激發態動力學分析和放光性質(2014) 姜宗螢; Tzung-Ying Jiang本論文將探討過渡金屬錯合物之光物理性質,特別針對過渡金屬錯合物Sn 到Tm之間系統間跨越(Intersystem crossing, ISC)的速率之影響參數進行研究。過渡金屬錯合物中心的重原子效應產生之強自旋-軌道交互作用力(spin-orbit coupling, SOC),可以增強系統間跨越的效率,使其有利於放出磷光。若能有效的提升系統間跨越的效率,就可間接加強過渡金屬錯合物放光的量子產率,因此ISC速率的大小是很多光電材料應用上的關鍵因素。本篇將對各種不同類別的發光過渡金屬錯合物進行討論,以理論計算方法預測這些過渡金屬的光物理性質,並與實驗數據相互比較。最終希望能找出影響過渡金屬化合物自旋-軌道耦合(spin-orbit coupling)作用力大小和ISC量子產率之定量關係式的各種因素,如電子結構,如原子序、鍵長、電子躍遷性質、單重態與三重態能階差等。 我們主要以鋨(Osmium) 、釕(Ruthenium)和銅(Copper)、銀(Silver)、金(Gold)等過渡金屬錯合物為討論對象,探討metal-to-ligand charge transfer(MLCT)和中心金屬d軌域對自旋-軌道耦合之影響,以定量的方式計算出自旋-軌道耦合強度大小,並比較內部重原子效應(Internal heavy atom effect)和外部重原子效應(External heavy atom effect)對系統間跨越的差異性。而在最後一部分探討鋨(Osmium)系列過渡金屬錯合物在較高激發態(High-lying excited state)系統間跨越的反應速率遠高於S1→Tm的系統間跨越反應速率之特殊性質。 關鍵字:有機發光二極體,過度金屬錯合物,重原子效應,自旋-軌道耦合作用力,系統間跨越,磷光Item 利用靜電轉印石墨烯作為透明導電電極並應用於有機發光二極體上(2013) 王端瑋自從在2004年時,石墨烯這種用碳原子以蜂巢狀排列而成二維材料被發現以後,由於其在理論上具備各種優越的物理性質,包含對光良好的穿透度、具有相當高的導電度、只有單原子層的厚度、優異的機械強度以及非常穩定的化學性質。因此,近幾年石墨烯已經試圖被大量應用在各種光電元件上,並且被視為取代目前廣泛使用的透明導電電極氧化銦錫(ITO,Indium tin oxide)最有潛力的物質之一。為了可以有效地將石墨烯應用在光電元件上,各種石墨烯的製備和轉印的方法不斷地被研發以及改良,但是一直到現在為止,石墨烯仍然沒有辦法有效的取代氧化銦錫(ITO)主要是因為石墨烯在轉印的過程中常常會產生一些無法避免的破壞以及有機殘留物的影響使得整體元件的表現並不如我們所預期。因此,我們在這個研究裡致力於開發出一種良好的轉印方法並且實際應用於有機發光二極體上(OLED, Organic Light-Emitting Diode)。 因為現行最常被用來轉印石墨烯的兩種方法:PMMA法和Roll-to-Roll法都必須靠著有機物的輔助才能夠將石墨烯轉印至我們的目標基板上,而我們研發出以單純以靜電力吸引的方式,將石墨烯從銅箔上轉移到我們的目標基板上。整個過程中不需要任何有機物的支撐因此也就不會有任何殘留物的產生,進而得到一個乾淨且高品質的石墨烯。此單層的石墨烯電阻值大約為300"Ω/sq" ,I_D/I_G≅0.05。 最後,我們將轉印至目標基板的石墨烯作為透明導電電極,並製作成有機發光二極體,以Alq3作為發光層的螢光有機發光二極體,我們預期利用這種乾淨轉印的方式所得到的高品質的石墨烯能夠有效地提升光電元件的效益。Item 以二甲基苯酮建構的雙極性有機發光二極體材料(2017) 林炫亨; Lin, Hsuan-Heng藉由鈀金屬物催化之碳-氮鍵耦合、碳-碳鍵耦合將不同的推電子基團引入二苯基甲酮 (benzophenone) 片段的苯環中,本研究合成出四個雙極化分子 (bipolar),化合物中有三個經單晶結構解析確認結構。由於推電子基團位於羰基的鄰位,分子的共軛性因為立體障礙而降低,使得分子擁有較高之單重激發態(HOMO與LUMO的能階差則大約為2.7−3.0 eV,HOMO能階位置則約落在5.7 eV−5.9 eV)。化合物有不錯的熱穩定性,熱裂解溫度高達300 ℃以上,玻璃轉移溫度約在 80−130 ℃。配合雙極性特徵,這些分子有利於未來作為可摻雜發光客體的主體材料。 化合物於低極性的溶劑的放光波段約為370 −550 nm之間,屬於藍光或綠光;但因立體障礙使得螢光量子產率僅達19%。化合物之螢光可能來自分子中片段的局部發光,或是電荷轉移躍遷之放光。Item 以[2.2]對環芳建構的雙極性有機發光二極體材料(2018) 洪嘉駿; Hong, Jia-Jyun本研究合成出六個以PCP([2.2]paracyclophane)為結構核心的HJJ系列雙極性分子,藉由引入不同的推電子基(arylamine或 9H-carbazole),搭配cyano拉電子基,以及共軛鏈長之改變來調控分子雲的定域化程度,五個分子結構且經過X-ray晶體繞射圖譜鑑定。此系列分子擁有寬能隙(> 3.25 eV),螢光光色在極性溶劑和非極性溶劑中皆屬紫/藍光。此系列分子的熱裂解溫度在250 oC以上。HJJ-2發現薄膜態有堆疊誘導強化發光現象,其螢光量子產率高達82%,且具有雙極性載子傳輸能力。以之作為發光層製成電激發光元件,外部量子效率可達約0.5%。以上化合物具有做為藍光發光材料或摻雜發光材料之主體(host)材料的潛力。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。