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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    在大氣環境下帶電摩擦介面中單層石墨烯和單層六方氮化硼之吸附特性
    (2024) 楊智傑; Yang, Chih-Chieh
    本實驗利用原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy, AFM)研究了二氧化矽基板上的單層石墨烯(Single Layer Graphene, SLG)和單層六方氮化硼(Hexagonal Boron Nitride, h-BN)在滑動摩擦起電區域下的吸附性質對濕度的變化。首先,我們使用導電式原子力顯微鏡(Conductive Atomic Force Microscopy, c-AFM),在大氣環境下通過帶有偏壓的探針摩擦SLG和h-BN表面,以建立滑動摩擦起電。我們改變五種不同的環境濕度來量測矽探針與摩擦區域間的吸附特性。我們的實驗結果顯示,在SLG表面使用正偏壓進行帶電摩擦後,由於摩擦過程中產生的結構缺陷,將使摩擦過的SLG表面與未摩擦之前相比產生較大的吸附力。然而,當使用負偏壓進行帶電摩擦時,摩擦過的SLG表面的吸附力會顯著高於使用零伏特和正偏壓摩擦後的表面。這是因為當我們施加負電壓進行帶電摩擦時,探針與探針表面間的奈米水橋將會被電解,產生的氫氧根將使得石墨烯表面被氧化並形成大量含氧官能團。這些含氧官能團將會吸收大氣中的水分子,使得矽探針與摩擦區域之間更容易產生毛細水橋並導致更大的吸附力。另一方面,當我們對h-BN表面施加負偏壓摩擦時,與正偏壓和零伏特摩擦後的表面相比,摩擦區域的吸附力沒有顯著差異,這表明h-BN表面沒有像SLG表面那樣發生官能基化的現象。我們的研究結果可能有助於將SLG和h-BN應用於具有帶電摩擦介面的奈米機電元件中。
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    官能化聚苯胺薄膜之彈性、摩潤以及結構性質關聯性之研究
    (2021) 江晞賢; Chiang, Hsi-Hsien
    我們利用了原子力顯微鏡研究「正丁硫醇官能化的聚苯胺」,針對聚苯胺薄膜的分子排列有序程度與其彈性模量和摩擦特性的關係進行探討。我們使用攪拌聚苯胺溶液的方式來控制聚苯胺薄膜之分子排列的有序程度,並每攪拌24小時抽取出聚苯胺溶液滴製在基板上以製成聚苯胺薄膜以供研究。聚苯胺長鏈分子在溶液中很容易自我糾纏成團,而攪拌時溶液中所產生的剪切力則可以將自我糾纏的聚苯胺分子拉展開來。因此,在我們滴製聚苯胺薄膜樣品的過程中,已伸展開的長鏈聚苯胺分子便更能在溶劑揮發的時候,自行排列成有秩序的結構。我們也利用了「X光繞射」和「掃描電子顯微鏡」確認了聚苯胺薄膜的分子排列結構,並確定了聚苯胺薄膜在攪拌時間為72小時的時候,具有最有秩序的分子排列結構。隨後,我們使用原子力顯微鏡的「峰值力定量奈米力學應用模式」和「側向力顯微術」測量了聚苯胺薄膜的表面形貌、彈性模量、吸附力變化以及樣品與探針間的動摩擦係數。我們發現,分子排列結構越有秩序的聚苯胺薄膜,其彈性模量越大且動摩擦係數越小。這是因為彈性模量較大的聚苯胺薄膜,其分子排列結構較為緻密,因此當原子力顯微鏡的探針施壓在其表面時所產生的形變程度便較小、對探針所產生的能量耗散也較小,進而導致側向力顯微術測量出較小的動摩擦係數。反之,彈性模量較小也就是較軟的聚苯胺薄膜,其所被測量出的動摩擦係數則較大。綜觀所究,我們成功證實可以利用「調整攪拌時間」的方式控制聚苯胺薄膜結構分子排列的有序程度,進而調控聚苯胺薄膜的彈性及摩擦性質。
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    苯胺亞硼酸修飾電極表面探討
    (2011) 張育銘
    有鑒於pyrroloquinoline quinone(簡稱PQQ)在indium tin oxide(ITO)導電玻璃電極上被還原時,可與苯胺亞硼酸(Aminophenylboronic acid,簡稱APBA)進行偶合反應,並形成多層吸附,本論文進一步以電化學模組掃瞄式穿隧顯微技術(ESTM)在高定向熱解石墨(highly oriented pyrolytic graphite,簡稱HOPG)表面探討此一反應。實驗結果顯示:還原態PQQ會與APBA進行化學反應,鍵結於APBA修飾後的HOPG電極表面,之後,再物理吸附於電極上方。除了進行這些表面分析之外,我們也對APBA的其他應用潛力進行探討,發現APBA分子在原子力顯微鏡探針的電場施予下,可在電極表面上進行局部氧化聚合反應,可藉以製備奈米級圖像,因此具奈米印刷技術應用潛力。
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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。