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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    奈米導電高分子聚苯胺複合材料—製備、特性及其應用
    (2010) 洪瑛鍈; Ying-Ying Horng
    聚苯胺由於其本身獨特的電化學與光學特性,已廣泛地應用在化學、生物檢測器、超級電容器和燃料電池等領域。近年來,一維奈米結構的導電高分子,包括奈米線、奈米棒和奈米管等,具備低維高表面積與有機導體的優勢,更有著令人期待的發展。唯其在實際的應用上,尚須更進一步地探討與研究。本論文探討奈米導電高分子聚苯胺複合材料—製備、特性及其應用,主要內容包括有葡萄糖氧化酶酵素電極的製備,繼而應用於葡萄糖的偵測;另則探討聚苯胺奈米線/碳布與聚苯胺和奈米碳管複合材料電極的製備,以及其在超級電容器的應用。 第一部份為利用電化學合成方法,直接將聚苯胺奈米線成長在碳布表層,並同時植入葡萄糖氧化酶以製備成酵素電極,繼而應用於葡萄糖濃度的偵測。碳布被選擇作為電流的收集器,乃是考慮其具備高導電性、化學穩定性及其高孔洞三維結構可提供高表面積,可提供聚苯胺奈米線更多的成長空間;另由於直接成長的聚苯胺奈米線與碳布之間,有效降低介面瑕疵因素,因而可展現優異的偵測靈敏度。本研究所製備一維聚苯胺奈米線具備高表面積特性,有利於較高濃度葡萄糖氧化酶的植入,可將葡萄糖的偵測靈敏度提高至~2.5 mAmM-1cm-2程度,相關葡萄糖濃度的偵測範圍為0-8 mM,具備可應用於人體葡萄糖濃度的偵側能力。 至於超級電容器的應用,本論文主要探討聚苯胺奈米線/碳布與聚苯胺與奈米碳管,兩種奈米聚苯胺複合材料電極。本研究所製備出的聚苯胺奈米線/碳布電極,不僅具備高單位重量電容值之外,同時也具備相當高的單位面積電容值,顯示出極佳的電容效能。根據定電流充放電分析,其單位重量電容值高達1079Fg-1 ,相關比能量與比功率則分別為100.9Whkg-1和 12.1 Wkg-1,至於其單位面積電容值可高達1.8 Fcm-2程度。然而基於聚苯胺本身的電子傳導性較差(相較於金屬導體),因此在可逆氧化還原轉變的過程中,通常會由於聚苯胺本身的內電阻效應而導致部份電子的損失,降低了電容的穩定性,致使面臨無法長時間重複循環使用的缺點。對於奈米碳管材料而言,由於具備良好的導電性和機械性質,因而奈米碳管和聚苯胺複合材料,可大幅改善電極的導電性。因此,聚苯胺與奈米碳管混合式複合材料所製備電極,不但可提升其功率密度,而且也因具備優良的械性質,有效降低因重複循環使用所造成電極結構上的破壞程度。
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    聚3, 4-二氧乙基噻吩奈米複合材料於超級電容之應用
    (2010) 呂宜蓁; Yi-Chen Lu
    聚3, 4-二氧乙基噻吩(PEDOT)擁有相對於其他導電高分子較大之可逆氧化還原電位,可擴大超級電容之電位範圍,提升能量與功率密度,並與其他陽極材料組合非對稱式超級電容器,改善對稱式導電高分子電容器之電位範圍侷限。 本研究主要以電化學聚合法,首次成功合成直接成長於碳布基材之PEDOT奈米線。實驗條件為先以循環伏安法,掃描速率為10 mV/s掃描5圈,再加予1 mA之定電流成長5分鐘,可得直徑約60 nm之PEDOT奈米線。相對於PEDOT薄膜,PEDOT奈米線具有較高表面積並縮短離子擴散距離,以1 M硫酸為電解質,比電容量可達321.1 Fg-1。 另使用直接成長於碳布之奈米碳管做為基材,以電化學循環伏安法(掃描速率為100 mV/s,掃描20圈),將PEDOT包覆於奈米碳管,形成直徑為167.2 nm之PEDOT-CNTs複合材料。利用碳管之高比表面積、導電性與低內電阻等特性,提升功率與功率密度。以1 M硫酸鈉為電解質,所得之能量密度可達138.3 Whkg-1;功率密度可達31.5 kWkg-1,在硫酸水溶液下可得比電容量為486.5 Fg-1。 最後將PEDOT與適合做為陽極材料之聚苯胺(PANI)、氧化錳(MnO2)組合成非對稱式電化學電容器,其電位範圍可分別擴大至1.4 V與2.0 V,改善電位範圍狹隘之缺點。
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    Flexible supercapacitor based on polyaniline nanowires/carbon cloth with both high gravimetric and area-normalized capacitance
    (Elsevier, 2010-07-01) Y.-Y. Horng; Y.-C. Lu; Y.-K. Hsu; Chia-Chun Chen; L.-C. Chen; K.-H. Chen
    Flexible supercapacitor is successfully fabricated using polyaniline nanowires/carbon cloth (PANI-NWs/CC) nanocomposite. High gravimetric capacitance of 1079 F g−1 at a specific energy of 100.9 Wh kg−1 and a specific power of 12.1 kW kg−1 is obtained. Moreover, this approach also offers an exceptionally high area-normalized capacitance of 1.8 F cm−2. The diffusion length of protons within the PANI-NWs is estimated to be about 60 nm by electrochemical impedance analysis, which indicates that the electrochemical performance of the electrode is not limited by the thickness of PANI-NWs. The electrochemical performance of PANI-NWS/CC remains without any deterioration, even when the cell is bent under high curvature. These results clearly present a cost-effective and simple method of fabrication of the nanostructured polymers with enormous potential in flexible energy storage device applications.