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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    以化學氣相沉積法合成負載於中孔洞之鈣鈦礦材料應用於光催化二氧化碳還原
    (2023) 陳睿彣; Chen, Jui-Wen
    本研究以化學氣相沉積法結合中孔洞及碳材,在高溫反應 (700-900°C)下及不同反應時間(10-90 分鐘),將具有空氣及水氣敏感之鈣鈦礦結構附載於中孔洞材料中,並調控生長CsPbBr3/Cs4PbBr6異質結構,並且研究空氣及抽真空對於異質結構發光之影響。為避免孔洞外生長所造成鈣鈦礦氧化、水解等副反應,本研究利用高溫裂解界面活性劑或乙烯氣體以生長表面碳材(2.5-5 mmol/g SiO2),不僅將鈣鈦礦前驅物有效沉積,並同步生長及保護鈣鈦礦奈米粒子,經由X光繞射實驗及謝樂擬合經驗式證實奈米粒子 (<2 nm)包覆於複合材料中。此複合材料經由紫光 (405 nm)照射後,原鈣鈦礦螢光強度粹滅18倍,顯示其具有電荷分離效果。 在二氧化碳還原實驗中,我們利用即時反應偵測氫氣、甲烷及一氧化碳生成,同時優化二氧化碳流速 (10-50 sccm)對於殘留空氣及反應時間 (0-6小時)之影響,比較三種孔洞載體 (MZNs、Ar-MZNs、MGNs)在不同溫度 (700-900oC)負載鈣鈦礦材料進行二氧化碳還原反應。其中以乙烯裂解產生之MGNs在UV光(365 nm)下具有最佳的催化效率,其中氫氣、甲烷及一氧化碳的產生量較初始值提升13.3 %、14.7 %、10.0 %,此結果回應上述螢光淬滅之實驗結果,同時也說明氣相沉積法合成中孔洞-鈣鈦礦複合材料應用於光催化二氧化碳可行性。
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    碳材上的磷化二元鎳鈷晶體對於產氫反應之催化效果探討
    (2022) 宋承憲; Song, Cheng-Shian
    氫氣是一種未來能源的趨勢,可以取代目前在能源上大量使用的石油燃料,在本研究中,我們調整多種的鎳鈷比例 9/1, 5/1, 3/1, 2/1, 1/1, 1/2, 1/3, 1/5, 1/9。研究低成本的鎳鈷磷化物對產氫反應的活性。金屬氧化物利用溶膠凝膠共沉澱法並鍛燒後合成,然後通過化學氣相沉積法製備金屬磷化物。本研究利用能量散射光譜儀(EDX)、高解析耦合電漿光學發射光譜儀(ICP-OES)、X光光電子光譜(XPS)分析催化劑之表面及整體組成,利用X光粉末繞射儀(X-Ray Powder Diffraction analysis, XRD) 、掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM) 、穿透式電子顯微鏡(Transmission electron microscope, TEM)做晶體結構和表面結構分析。在產氫反應活性的測定,包括過電位和 Tafel 斜率,以及電化學活性表面積由電化學測量確定。本實驗的結果發現,Ni/Co = 1/1 的催化劑具有最好的 HER 活性,Tafel 斜率為 76.8 mV/dec,在-10 mA/cm2時過電位為 93 mV。根據鑑定結果,最好的催化劑Ni/Co=1/1有最大的ECSA為1641 cm2/g,並且樣品保持純Ni2P的晶型下參入Co,可以有效的提升過電位,傾向於 Volmer-Heyrovsky 反應機構並有良好的 Tafel 斜率。
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    以化學氣相沉積合成生長錳摻雜鈣鈦礦奈米粒子及其於中孔洞沸石中之限制生長
    (2021) 傅宇謙; Fu, Yu-Cian
    本研究以高表面積(SBET > 800 m2 / g)的中孔沸石奈米粒子(mesoporous zeolite nanoparticles, MZNs)做為基材,於高溫下(700-900°C)溴化鉛與溴化銫為前驅物進行化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)反應,合成中孔洞限制的CsPbBr3/Cs4PrBr6的鈣鈦礦(pervoskite)奈米粒子。鈣鈦礦奈米粒子大小可以藉由前驅物比例及溫度改變加以調控,其電子結構及型貌利用紫外-可見光譜儀、螢光光譜儀、X-光繞射及穿透式電子顯微鏡佐證。合成過程中引入鎂離子及具有未成對電子的錳離子,使摻雜之鈣鈦礦奈米粒子放光具有不同波長,其結構組成、電子結構及自旋特性,以感應偶合電漿質譜、X光繞射光譜、螢光光譜及電子順磁共振光譜儀證實。此外,使用具半導體特性的中孔氧化石墨烯奈米粒子(mesoporous graphene-oxide nanoparticles, MGNs)做為基材時,可有效增進電荷分離效率,於照光下可使二氧化碳還原成一氧化碳,並以紫外-可見光譜儀及螢光光譜佐證其電子結構之變化。無機鈣鈦礦材料具良好的發光及催化效能,未來欲結合中孔洞薄膜材料之生長,生長具大氣穩定之太陽能轉換材料,提供異質結構於中孔洞沸石材料上限制生長之研究。
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    化學氣相沉積法合成石墨烯
    (2012) 曾咨耀; Tzu-Yao Tseng
    近年來隨著科技不斷進步,人類生活與科技更是密不可分,半導體與電子元件更是蓬勃發展。於半導體與電子元件逐漸縮小化之製程條件要求下,以往元件縮小技術面臨重大挑戰,此時直接製程微小奈米結構成為另一種趨勢。包括奈米碳管、奈米線與近年熱門新興材料石墨烯。其特有準二維結構與快速電子飄移率更是備受大家矚目。 有別於2010年諾貝爾獎得主在2004年所發表機械撥離法,也就是於高定向熱解離石墨(HOPG)中,運用膠帶反覆黏貼,機率性取出單層石墨烯。然而因取之不易,故無法針對工業上之應用進行量產。故本實驗採用化學氣相沉積法(CVD),利用過渡金屬銅箔當作催化金屬,於銅箔表面沉積石墨烯,並轉移至所需基板上。 根據2009年由美國德州大學R. S. Ruoff所率領之研究團隊在Science期刊發表,利用化學氣相沉積法於過渡金屬「銅」上合成95%以上單層石墨烯,因銅之自我限制機制,故當石墨烯完全覆蓋表面後將不再繼續沉積雙層甚至多層石墨烯。 相較於單層石墨烯快速之電子飄移率,雙層至十幾層有更多於單層石墨烯之自由電子數,更有利於較高導電效率之應用發展。因此我們研究溫度、壓力與氣體流量比例對石墨烯樣品結構與層數改變之影響。利用拉曼光譜分析儀分析品質與結構缺陷。 轉印製程中,我們利用PDMS支撐石墨烯並蝕刻銅箔,轉移至載玻片上。利用原子力顯微鏡與四點探針觀察厚度與其片電阻。
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    化學氣相沉積石墨烯轉移方式的改良以及元件的製作
    (2014) 蕭博唐; Po-Tang Hsiao
    在氣相沉積的石墨烯元件製備中,一般都會使用甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)作為轉移用的中間介質,但如何去除PMMA、光阻等聚合物的殘留物,避免影響石墨烯電性、鍵結等性質,一向是一個重要課題。我們發展出一種製程,透過舉離、壓印等方法盡可能地減少聚合物在製程中的參與,並用以製備石墨烯場效應電晶體、懸浮石墨烯奈米線等元件,並透過電性量測與拉曼光譜驗證石墨烯元件的品質。
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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