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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    在導電玻璃上電鍍鈷鉑奈米島團的研究
    (2012) 陳藝丰; Yi-Feng Chen
    薄膜和奈米島團的製備有很多種方式,其中可以在大氣下進行的方式之一就是電鍍。電鍍薄膜的過程中有許多的變因可以加以探討,本實驗想要建構一套系統化的討論方式,找出電鍍條件和薄膜特性之間的關係。實驗中,控制電鍍液的組成成分,探討的操縱變因為:不同的電鍍方式,而用來測量分析薄膜特性的儀器有: 恆電位儀(potentiostat)、恆電流儀(galvanostat)、螢光元素分析儀(x-ray fluorescence, XRF)、磁光柯爾效應儀(magneto-optical Kerr effect, MOKE)、原子力顯微鏡 (atomic force microscopy),分別就:電鍍時的電流電壓變化分析,電鍍後膜的成分、磁特性、表面形貌結構這幾個面向來探討。 本實驗將鈷鉑薄膜利用化學電鍍的方式鍍在導電玻璃(氧化銦錫ITO)上。電鍍液是由100 mM的硫酸鈷溶液和3.33 mM的氯鉑氫酸加上50.0 mM的硼酸(緩衝液)組合而成。電鍍的方式主要分成兩種,一種是定電壓電鍍法(potentiostatic),另一種為定電流電鍍法(galvanostatic)。藉由固定電壓觀察電鍍時的電流變化,或是固定電流觀察電鍍時的電壓變化,搭配循環伏安法可以對於實驗結果加以解釋,並進一步地由成分分析和磁特性分析,觀察電流或電壓的大小如何影響鍍膜的成分,而膜的成分和磁特性和表面結構的關係也可以藉此探討出來。 一開始,先做一系列相關鍍液的循環伏安法對照實驗,推測CV圖中特殊還原峰值電壓可能發生的反應,並在這些特別的電壓位置進行定電壓電鍍薄膜;我們選用了-0.45 V、-0.70 V和-0.85 V這三種特別的電壓大小去電鍍薄膜,接著利用元素分析儀討論在不同電壓下鈷鉑的還原比例,在-0.70 V的電壓大小可以得到鈷鉑還原比例約為1:1,並在這個條件下所鍍的薄膜其縱向矯頑力最大;在 -0.45 V的定電壓下電鍍的薄膜出現特殊形狀的磁滯曲線,探究其薄膜結構,則由原子力顯微鏡觀察到薄膜表面有自我叢聚的島狀微結構。 最後利用定電流電鍍法,得到許多呼應定電壓電鍍法的實驗結果;並且可以觀察到利用化學沉積的方式,電鍍出來的薄膜具有多樣性的表面形貌,電壓和電流的些微改變,所鍍出來的薄膜表面形貌即有所不同,所以可以利用改變化學沉積的參數,製作想要鍍的薄膜的表面形貌。
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    奈米級紅熒烯/鈷薄膜的物理特性研究
    (2019) 周彥維; Jhou, Yan-Wei
    近期可撓式電子產品日益增加,且有機半導體材料具有由於低成本,且易於低溫製程,所以引起了很多關注,其中紅熒烯是具有高載子移動率的有機半導體。本研究中第一部分為紅熒烯奈米級雙層結構研究。X光反射率實驗與擬合,其中紅熒烯薄膜出現雙層模型特性,同時可定出紅熒烯表層的厚度為2.7±0.2奈米,且表層的散射密度長度數值低於下層塊材。紅熒烯厚度增加時,可以觀察到紅熒烯的表面形貌變化,從小顆粒轉變成大顆粒的奈米域(nano domain)。透過X光繞射實驗中,得知紅熒烯薄膜中具有相位分離的分層現象,代表紅熒烯薄膜中具有非單一晶相的奈米域,其中表層具有兩種次要結構,且下層塊材會有另一主要結構。不同厚度下紅熒烯薄膜彈性模量實驗,也可觀察到紅熒烯薄膜具有雙層模型特性趨勢,而後結合雙層模型彈性模量理論進行擬合時,可得知紅熒烯薄膜中表層與下層塊材間彈性模量等。四點探針電性測量時,紅熒烯薄中的雙層性質可用於表現在它的電阻行為,其中觀察到界面粗糙度對傳導電子的傳輸路徑敏感,該訊息對於有機半導體在可撓式面板中的未來應用是具有相當價值。 第二部分的研究為鈷與紅熒烯在矽(100)上形成複合性薄膜的表面與磁性的研究,實驗中嘗試鈷與紅熒烯的比例為1:0.33、1:0.5、1:1。而複合薄膜成長時會傾向層狀方式成長,上層主要為紅熒烯,下層主要為鈷-紅熒烯。當複合薄膜厚度較厚時,其中足夠量的紅熒烯會形成界面活性劑,降低薄膜與矽(100)基板間界面的交互作用,使薄膜表面會非常平坦,且此時樣品的矯頑力較低,當複合薄膜厚度較薄時,表面會有殘留一些鈷的顆粒,薄膜表面較粗糙,其中粗糙的表面代表薄膜中有許多的缺陷,才會使磁化翻轉時矯頑力較大。在鈷與紅熒烯複合薄膜中,當提升紅熒烯薄膜的量時,讓複合薄膜中的鈷與紅熒烯的界面增加,且增加紅熒烯的界面活性劑作用機會,進而提升複合薄膜的品質。 第三部分的研究為紅熒烯插層在鈷/矽(100)的表面與結構對磁性影響的研究。在鈷/矽(100)中會形成奈米鈷晶粒,在插層紅熒烯薄膜之後,紅熒烯會向上層的鈷擴散,讓鈷偏向形成非特殊晶相的膜,並且矯頑力的降低歸因於磁性材料中的缺陷密度下降。而在矯頑力數值附近的鈷/矽(100)柯爾顯微鏡圖像,觀察到在暗圖像中具有一些隨機分佈的缺陷,通過增加外加磁場,缺陷並不會在不同的磁場下移動,並且作為磁域壁運動的釘扎點,通過對鈷/紅熒烯/矽(100)的缺陷密度和矯頑力分析,進而得知樣品中鈷薄膜的磁域會以一維彎曲模型進行磁化翻轉,且缺陷與磁域壁為較強的交互作用。此研究主要透過磁光柯爾顯微鏡直接觀察到薄膜中的缺陷並定量出薄膜中的缺陷密度,如果此技術更加成熟,可以提供給磁性材料一個快速篩檢缺陷的方式。透過紅熒烯界面活性劑效應,改變薄膜中的缺陷,最後影響到薄膜中的磁特性,如果未來能結合薄膜彈性模量的研究,可以提供在可撓式有機磁性面板的開發。
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    鐵在紅熒烯/矽(100)上磁性與結構之研究
    (2018) 謝祥予; Sie, Siang-Yu
    近年來研究指出,鐵磁性材料能受紅熒烯影響晶體結構,而本實驗室近年來研究亦指出鐵磁材料鈷受到紅熒烯介面影響到磁性表現,鐵磁材料鐵受到紅熒烯的影響,產生磁性與結構上的變化,成為本篇研究重點。本研究利用磁光柯爾效應儀、校內合作原子力顯微鏡與磁光柯爾顯微鏡、校外X光繞射與X光電子能譜儀,去探討射頻磁控濺鍍鐵薄膜在蒸鍍成長紅熒烯的系統於矽(100)之上。第一部分在鐵/矽(100)系統中,磁性量測矯頑力隨鐵薄膜厚度增加的變化,矯頑力從25奈米的60 Oe 巨幅上升至30奈米的120 Oe左右,而在鐵約27奈米設為轉變點,並透過X光繞射確認鐵薄膜40奈米以前為bcc結構排列;而在鐵/紅熒烯/矽(100)系統中透過加入不同厚度紅熒烯,觀察上層鐵薄膜的磁性變化,在紅熒烯厚度約1奈米,鐵的矯頑力上升轉變點的厚度提前,當紅熒烯厚度達4、12奈米,矯頑力上升的厚度提前至8奈米,透過X光繞射觀察在加入紅熒烯後發現,鐵薄膜bcc(110)的結晶性上升,其應力增加導致鐵薄膜磁異向能上升使矯頑力增加,而X光電子能譜發現鐵與紅熒烯之間產生介面效應,導致上層鐵薄膜的結構不同;第三部分觀察磁域翻轉模式在鐵薄膜厚度達15奈米以後為大片狀翻轉,在加入紅熒烯時鐵薄膜較薄時呈現細條狀翻轉,鐵薄膜27奈米以後則呈現大片狀翻轉,結合X光繞射分析晶粒大小與原子力顯微鏡分析顆粒在有無加入紅熒烯的不同導致磁域翻轉的變化。