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 以理論計算探討奈米鐵銠團簇催化劑調控費托反應的產物選擇性研究(2020) 許合良; Hsu, Ho-Liang本篇藉由密度泛函理論探討奈米複合材料中鐵銠參雜比例對於費托合成反應選擇性的影響。我們以 FenRh(13-n), n=1, 2, 6, 11, 12 奈米團簇為模型分別探討二氧化碳於團簇上的碳-氧鍵斷鍵反應與一氧化碳於團簇上的氫化還原和碳-氧鍵斷鍵反應。我們發現Fe6Rh7、Fe11Rh2 和 Fe12Rh1 奈米團簇不僅對二氧化碳的碳-氧鍵斷鍵具有良好的催化效果,當一氧化碳氫化還原成 CH2O 之後,其對 CH2O 的碳-氧鍵斷鍵也有良好的催化能力。藉由分析 CH2O 的吸附結構,我們發現 CH2O 的氧原子吸附於 Fe6Rh7、Fe11Rh2 和 Fe12Rh1 奈米團簇中三鐵構型的橋位。自然鍵軌域 (natural bond orbital, NBO) 電荷分析與鍵長分析顯示當 CH2O 的氧原子接於三鐵構型的橋位時,奈米團簇有較多電子移轉至 CH2O 的碳原子和氧原子上,導致 CH2O 分子的碳-氧鍵鍵長變長而有預斷鍵的情形,進而造成 C-O 斷鍵活化能下降。另外,CH2O 分子解離而生成 CH2 和 O 後,氧原子會落入三鐵構型的中心並藉由鐵-氧之間的作用而被穩定,使得 CH2 和 O 的生成能下降。Item 壓力效應下鈰鈀矽與鍶鈀鎳鍺化合物之超導與磁性研究(2011) 曾文彥; Tseng, Wen Yen本論文主要探討重費米化合物CePd2Si2在高壓環境下的反鐵磁與磁的不穩定行為,在量子臨界點(quantum critical point)的附近,將可觀察到其超導性與非費米液體的現象;塊材CePd2Si2反鐵磁相轉變點大約存在於絕對溫度10 K,施予3 GPa 的外在壓力將使得反鐵磁相轉變點被抑制至0 K,並且當外在壓力達到2.4 GPa時,其超導轉變溫度約為0.3 K。一旦外在壓力超過7 GPa,其超導表現將會消失。研究目標為探討CePd2Si2 奈米微粒在壓力效應下是否也擁有與塊材相同的超導性與磁性行為。 本實驗中CePd2Si2奈米微粒是以準分子雷射濺鍍法製備而成,雷射能量約為200 mJ以及工作壓力約為1 torr,靶材至收集盤的的距離為4 cm。分別透過 XRD、TEM以及EDS來做晶體結構分析與成份分析,奈米微粒粒徑大小約為2 nm。奈米微粒的超導性與磁性量測,則是利用鑽石高壓鉆Mcell Ultra以及SQUID來完成。 ThCr2Si2類型的三元金屬化合物,其超導性與磁性已經被廣泛研究;此類晶格結構是找尋較高超導轉變溫度的金屬化合物超導體的關鍵之一。 SrPd2Ge2塊材是以弧光放電法製備而成,結構與成份分析則是透過X光粉末繞射儀,超導性是以自製的壓力鉆進行量測。SrPd2Ge2 常壓下的超導轉變溫度約為3.04 K。研究重點在於系統性的實驗不同摻雜比例的Sr(Pd1-xNix)2Ge2 與其晶格結構和超導轉變溫度的對應關係,也顯示了外在壓力的增加與鎳的摻雜比例造成的化學壓力增加,對於超導溫度的提升有著相同的趨勢。Item 巨型鐵鉑奈米粒子之製備及性質探討(2008) 林柏蘅由於具有特殊的磁學性質,如何製備高品質的 FePt 奈米粒子,並藉由控制尺寸及形狀以改變其磁性上的表現,為現今材料科學界的依個重要課題。近年來不少研究團隊致力於 FePt 奈米粒子的尺寸及形狀控制,其中Yang et al以先形成 Pt/Fe2O3 core-shell 結構後,再通入惰性氣體以還原外層氧化鐵的方式成功製備出了現今文獻所發表過尺寸最大的 FePt 奈米粒子。在本篇論文中,我們以 Fe(acac)3 及 Pt(acac)2 作為前驅物, oleic acid 及 oleyl amine 作為介面活性劑,透過多元醇還原的方式製備出了大於 60 nm 的 FePt 奈米粒子。在我們的反應系統下,先在 120 ℃ 下使金屬前驅物與介面活性劑反應形成錯合物,之後在 240 ℃ 下加入還原劑以還原生成大尺寸的 FePt 奈米粒子。我們以穿透式電子顯微鏡 (TEM) 觀察合成出的大尺寸的 giant FePt (g-FePt) 奈米粒子的形貌;以 X-ray 繞射儀 (XRD) 鑑定其晶體結構,確認所合成之 g-FePt 奈米粒子為 f.c.c.(face-centered-cubic)結構。我們藉由反應參數的調控 (如介面活性劑的比例、反應溫度、反應時間、金屬前驅物的比例等),試圖對 giant FePt (g-FePt) 奈米粒子的生成機制能有更進一步的了解。與文獻比對後,我們認為 g-FePt 奈米粒子的生成機制與”成核和生長”的概念有極密切的關係。在成核階段,成核速率的快慢會影響生成之奈米晶體的尺寸。當成核速率快時,有較高濃度的晶核,會形成較小的奈米粒子;成核速率慢時,晶核濃度較低,進而生成較大尺寸的奈米粒子。在我們的合成系統中,金屬前驅物及介面活性劑在低溫下反應形成錯合物,進而抑制了成核速率,促使晶核濃度較低,導致最終生成了較大尺寸的 g-FePt 奈米粒子。Item 二氧化鈦奈米粒子在有機氣體壓電晶體感測器之應用(2006) 江宜庭; Yi-Ting Jiang本文是發展並應用TiO2奈米粒子為塗佈物製成壓電晶體感測器去吸附各種有機氣體,當有機氣體吸附在塗佈物上,增加的質量將造成壓電晶體感測器的震盪頻率下降,藉由觀察共振頻率的改變量來達到偵測有機氣體的目的。本研究自行組裝氣體壓電晶體感測器,並使用旋轉塗佈法(spin coating)在晶片電極表面塗佈nano-TiO2/PEG來偵測乙醇、正丁醚、乙醛、丙酮、乙酸、苯、正丙胺、1-己烯、1-己炔等揮發性有機氣體。 在實驗中,首先鑑定nano-TiO2物理性質,包括UV/Vis.吸收光譜、XRD、SEM。接著探討各種揮發性有機氣體對nano-TiO2壓電感測器所造成頻率變化的影響,包括塗佈量效應、濃度效應、分子量大小、異構物的立障效應等。nano-TiO2/PEG的最佳塗佈量固定約為8μg,偵測訊號較好的是乙酸、1-己烯、乙醛、1-己炔,在脫附訊號方面,乙醛和1-己烯的脫附速率比其他有機物要來得慢,而nano-TiO2壓電感測器對有機氣體都具有不錯的偵測下限,可達ppm。對醇類而言,化合物的分子量愈大,感測訊號強度就愈大,分子量大小和訊號呈正比關係上升;立障大小也會影響訊號強弱,頻率變化量依次為1-propanol>2-propanol和1-butanol>sec-butanol> iso-butanol>tert-butanol。 本研究把nano-TiO2應用在石英壓電感測器上,對於常見的有機氣體有不錯的感測訊號,加上感測系統體積小、易自行組裝、成本低廉及靈敏度高的優點,可以廣泛應用在化學工廠和工業上對有機氣體之檢測。Item 奈米、乳霜STS模組教學之成效與科學態度探討(2005) 林東充摘要 本研究藉由與學生日常生活有關的社會問題,設計開發兩套STS模組課程:『奈米科技知多少』和『保養聖品-乳霜』,並從蒐集的數據分析此教學策略對於中學生在相關概念、學習興趣方面的成效。另外藉由科學態度量表,分析兩學校學生科學態度分佈情形,且使用偏相關統計法分析學生的科學態度和他們在STS模組教學後的科學概念成績之相關性。 本研究所開發的兩個模組分別於兩所中學(以X學校、Y學校代表)進行教學。『奈米科技知多少』模組研究對象為X學校8年級學生共30名學生。而『保養聖品-乳霜』模組研究對象為Y學校7年級學生共36名,兩校均屬於常態編班。研究結果如下: 1、 在STS教學活動後,學生的知識層面有明顯成長。使用 『奈米科技知多少』 模組之X學校學生其科學概念前、後測分數差異達23.2分;使用 『保養聖品-乳霜』 模組之Y學校學生其科學概念前、後測分數差異達19.1分。而針對平均值差異進行T檢定結果發現均達顯著值(p<0.05),說明模組活動對學生知識層面確有影響。 2、 學生在『科學的態度量表』之平均得分主要集中在2-2.5、2.5-3、3-3.5分三個區間,而樣本中科學態度分數極高的(3.5-4分)和極低的(1-1.5分)人數並不多,整體約略呈常態分佈,且超過一半的學生科學態度之平均得分比期望值高。 3、 學生的科學態度和成就測驗成績相關係數達0.543及0.629,顯示均為中度相關。而針對相關性進行T檢定結果達顯著值(p<0.05),表示兩者之間確實存在相關性,說明了學生所抱持的科學態度愈正向,多元化的STS模組活動可提供更多機會與環境提升學生的科學概念。 4、 大部分學生對本次教學活動抱持正面態度,包括認為很有趣、多元化的教學方式可以增加學習的興趣。認為模組教學比單純聽老師講解好,也希望下次教師還能使用類似教學模組的方式進行教學。 關鍵字:STS模組、奈米、乳霜、科學概念、科學態度Item 製備與鑑定新穎一維奈米結構:氮化鎵與二氧化矽(2003) 林宏旻; Hung Min Lin藉由VLS與SLS機制,我們成功地合成出具有特殊方向性的刷狀氮化鎵奈米晶體、非晶相二氧化矽奈米線,及二氧化矽包覆銦之一維奈米結構。 結合二次化學氣相沉積與氮化處理,我們製備出同質奈米接合產物--刷狀氮化鎵奈米結構其主軸奈米線直徑約70~150奈米,輻向奈米棒直徑約20~70奈米,依特殊對稱性排列於主軸上。進一步晶體結構分析得知,刷狀奈米晶體為單晶wurtzite氮化鎵結構,輻向奈米棒沿主軸之[01-1]方向磊晶而成,導致輻向奈米棒依特殊對稱方式排列。本實驗可應用於製備其他同質或異質奈米接合結構,如InN on GaN等。 此外,藉由低共熔點之鎵作為催化劑,並結合SLS機制,我們推測可於較低溫度下製備出二氧化矽奈米線。分析結果顯示,產物為非晶相二氧化矽奈米線,其直徑約10~40奈米並具有均一長度,垂直基板成長並排列成薄膜狀。實驗結果不如預期可降低奈米線成長溫度,然而此方法卻可推廣至其他低熔點金屬,催化成長高排列性之奈米線。 二氧化矽包覆銦之一維奈米結構的發現,是在成長磷化銦奈米線之偶然情況下被合成出來的。近一步鑑定得知,非晶相之二氧化矽管壁包覆著間斷的結晶性銦奈米棒,其管壁外徑約300~600奈米、內徑約200~500奈米。銦為低熔點高沸點、高膨脹係數之金屬,這使得二氧化矽包覆銦之一維奈米結構可應用於奈米尺寸下的溫度量測。 利用簡單高溫化學氣相沉積設備,我們製備出特殊一維奈米結構,關於其性質將有更深入的研究探討,而其潛在應用價值也是未來研究的重點。