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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    La(2-x)/3NaxMg1/2W1/2O3微波介電材料之拉曼光譜與延伸X光吸收精細結構研究
    (2008) 曾玉君; Yu-Chung Tseng
    本文利用三種光學方法:拉曼散射、X光繞射和延伸X光精細結構吸收譜,測量結構為A(B’1/2B”1/2)O3之鈣鈦礦陶瓷La(2-x)/3Nax(Mg1/2W1/2)O3的氧八面體結構,以探討缺陷結構晶體之氧八面體與其微波性質的關聯性。此系列樣品共有六個,x代表鈉原子的濃度,從0、0.1、0.2、0.3、0.4到0.5。隨著鈉原子濃度上升,則晶格空缺比例減少,樣品之晶體結構從斜方結構轉變為單斜結構,介電常數與品質因子Qxf值均為逐漸下降之趨勢。從X光吸收譜可以明確地探測出以鎢原子為中心周圍六顆氧原子的距離與分佈,當鈉原子摻雜濃度增多,造成鎢與氧原子的平均鍵長變小,證實了氧八面體的扭曲造成其體積壓縮,使得介電常數下降。拉曼光譜實驗顯示專屬氧八面體伸縮振動的A1g(O)振動模具有聲子頻率紅移的現象,表示氧八面體周圍A-site密度隨著質量遠小於鑭原子的鈉原子摻雜逐漸變小,使得氧八面體伸縮振動變得輕易,因此氧八面體體積雖然為壓縮,但是整個八面體網路結構卻是變鬆散,造成A1g(O)聲子頻率位移產生紅移。由於缺陷結構的品質因子與晶體結構之有序性及對稱性成正相關,將聲子半高寬乘上鎢與氧原子距離之標準差值,可得與Qxf值成反比之關係。從拉曼實驗及X光吸收譜實驗分析顯示本文樣品的微波介電特性與氧八面體微觀結構直接相關。
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    xLa(Mg1/2Sn1/2)O3-(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3微波陶瓷材料之拉曼光譜與延伸x光吸收精細結構分析
    (2007) 余承遠; Cheng Yuan Yu
    本文利用拉曼散射、X光繞射和延伸X光精細結構吸收譜等光學方法來測量1:1結構A(B’1/2B”1/2)O3陶瓷家族中x La(Mg1/2Sn1/2)O3-(1-x) La(Mg1/2Ti1/2)O3鈣鈦礦陶瓷中氧八面體結構與其微波性質的關連性。這系列樣品共有五個,x代表錫原子的濃度,從0、0.25、0.5、0.75到1。在不同濃度的錫原子摻雜,Q×f值跟隨改變,隨著錫原子濃度的上升,介電係數下降。從X光吸收譜可以很明確知道錫原子是取代鈦原子的晶格位置,由於錫原子離子半徑較鈦原子大,所以當錫原子掺雜濃度越多時,錫與氧的鍵長增加,驗證氧八面體體積隨著錫原子濃度上升而增加,而在A位置的鑭原子與氧原子的鍵長隨著錫濃度之增加而減少,也就是鑭與氧形成的LaO8體積減少。從拉曼實驗顯示高頻部份與A1g(O)振動類似的振動模有聲子頻率紅移的現象,這也證明了錫與氧的鍵長增加,氧八面體體積增加,但是摻雜的錫原子較重使得氧八面體內部密度變大,造成介電常數減少。另一方面,部分鑭跟氧振動有聲子頻率藍移的現象,是與鑭原子形成之氧LaO8體積變小有關。Q×f值與聲子半寬度成反比,並且在錫原子與鈦原子掺雜比例相同為1:1時為最低,波的傳遞最差。從拉曼實驗及X光吸收譜實驗都顯示本文材料的微波特性與氧八面體微觀結構直接相關。
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    ABO3微波介電材料的光譜研究
    (2005) 張碧容; Pi-Jung Chang
    在這篇論文中利用拉曼光譜、x-ray光吸收譜以及x-ray繞射,來量測微觀狀態下鈣鈦礦結構(perovskite structure)的微波介電陶瓷材料結構性質與其微波性質之關連性。本文主要討論的鈣鈦礦結構陶瓷材料的是ABO3中之1:2結構,也就是A(B’1/3B”2/3)O3。其中主要探討的部份包含:Qf值與氧八面體結構之關係,以及微波介電係數是否受到陶瓷鈣鈦礦結構材料中陰陽離子間距的影響。 我們利用三組樣品來探討上述的微波特性與晶體結構的相關性。有兩組樣品是改變B晶體位置的樣品,第三組樣品是改變A位置的系列樣品。利用這兩個系列的樣品來說明A位置與B位置的取代對微波介電參數的影響。第一組樣品為xBa(Mg1/3Ta2/3)O3+(1-x)Ba(Mg1/3Nb2/3)O3(縮寫為xBMT+(1-x)BMN),這組樣品是針對改變B”位置的離子,探討結構與微波關連性。我們發現第一組樣品中,圍繞在B”位置周圍的O離子所形成的氧八面體結構對於Qf值有極強烈相關性,而Ta離子與O離子的距離對於介電係數之也有影響。經由延伸X光吸收精細結構(Extended x-Ray Absorption Fine Structure)的擬合發現,在xBMT+(1-x)BMN中,當x增加時,即Ta離子在B”位置上的含量越來越多時,氧八面體會越趨於緊密,也就是Ta離子距O離子的距離越來越小,同時介電係數也有此趨勢,由此我們可以證明介電係數確實與陰陽離子的間距相關;經過計算後,我們可以獲得在此材料中站在B”位置上的離子與O離子平均偏移量與Qf值之關係,此偏移量可以看成是氧八面體的扭曲程度,可以發現當平均偏移量較大時Qf值會相對較小,所以未摻雜的Ba(Mg1/3Ta2/3)O3或是Ba(Mg1/3Nb2/3)O3會有較高的Qf值。在x=0.5時Qf值最小的原因是此時Ta與Nb各佔一半在B”位置上,1:2有序的情況最差,因而有最小值;在x=0.75的樣品具有較大的偏移量使得Qf值較x=0.25的樣品低相當多。 第二組樣品是xBaTiO3-(1-x) Ba(Mg1/3Ta2/3)O3;Ti離子同時取代Mg與Ta離子,在x-ray繞射的結果可看出,隨著濃度上升晶格常數及Qf值變小而介電係數卻上升;我們歸因於入雜質Ti會造成氧八面體之扭曲而造成介電係數以及A1g(O)聲子的半高寬增加,在拉曼光譜中,1比2的結構聲子也隨著濃度漸漸不明顯,使得Qf值下降。 在第三組樣品:xSr(Mg1/3Ta2/3)O3+(1-x)Ba(Mg1/3Ta2/3)O3(縮寫為xSMT+(1-x)BMT),由這組樣品可瞭解當A位置上的離子受到取代時,微波介電的特性與結構的關係,並與與B位置的取代的結果比較其異同。我們對xSMT+(1-x)BMT進行拉曼光譜的分析和x-ray吸收精細結構譜的擬合。在這兩項量測結果和微波量測的數據中,均發現有三段式的結構與微波特性的變化,其轉折點在x=0.5與0.75。拉曼測量中1:2比例結構的聲子在x>0.5後開始消失,並且在不同頻段增加很多新的聲子,而在x-ray吸收譜擬合,Ta-O距離傅利葉轉換圖譜也顯示出相對應的結構對稱變化。拉曼測量的結果可推測在x<0.5時Ba(Mg1/3Ta2/3)O3結構主導其結構特性與微波特性。我們發現離子半徑較小的Sr離子取代Ba離子時,造成整體結構變緊密使得大部分聲子有藍位移,但是對於TaO6氧八面體來說反而由於A位置取代成因電性較小的Sr離子讓氧八面體產生形變,使得A1g(O)聲子半高寬上升。入半徑較小的Sr離子,也造成A位置上的離子距O離子的平均距離增加,因此介電係數值也增加。x-ray吸收精細結構分析也有相似的結果。在x=0.75後, Sr(Mg1/3Ta2/3)O3結構主導材料特性,而微波特性也隨著改變。