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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    金奈米棒包覆二氧化矽與溫感型水膠與其在藥物傳輸上的應用
    (2006) 歐佳珍
    摘要 近年來,許多將無機奈米結構與生物系統相連接的材料已經陸續應用於生物醫學的領域。在本篇論文中,利用金奈米棒為模板,在金奈米棒外面包覆二氧化矽或者是聚合物。 在金奈米棒包覆二氧化矽的部份,我們成功合成出均勻二氧化矽包覆在金奈米棒的材料,並藉由完全溶解內部的金奈米棒來合成出具有中空性質的二氧化矽奈米膠囊,或是部份溶解內部金奈米棒,製備出內外為不同材料的中空二氧化矽奈米膠囊。 在金奈米棒包覆聚合物部份,我們合成出金奈米棒外面包覆一層溫感型水膠P(NIPAAm-co-AAc)。溫感型水膠在溫度高於其相轉移溫度時,會有去澎潤現象,而釋出內部的水分。利用這個性質,我們將藥物包覆於這個材料中,內部的金奈米棒可以吸收特定波長的雷射使溫度升高,當溫度高於水膠的相轉移溫度,即可達到藥物釋放的目的。 在此,我們選用兩種以上不同吸收波長的金奈米棒來合成這個材料,便可以利用不同波長的雷射來釋放不同的藥物。
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    應用螢光二氧化矽奈米管作為DNA偵測器
    (2006) 陳建穎
    近年來對於DNA的偵測已有許多團隊已發展出許多種的偵測器,在此論文中我們利用多孔性的硬式模版AAO(陽極氧化鋁)的孔洞,以溶膠-凝膠(sol-gel)溶液製備二氧化矽奈米管DNA偵測器(SiNTs)。首先我們依據layer-by-layer的原理將二氧化矽奈米管和量子點結合而成為螢光二氧化矽奈米管,利用兩層不同的量子點便可製成多種不同的螢光二氧化矽奈米管。接著我們在這中空結構的奈米管內分兩步驟修飾上有機分子,藉此分子可和探針DNA(probe DNA)形成鍵結而成為一個可偵測目標DNA(target DNA)的螢光二氧化矽奈米管偵測器,最後在不同濃度的目標DNA下做偵測,再經由顯微鏡的觀察。
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    奈米金表面電漿共振應用於不同微結構之有機氣體感測器研製
    (2018) 林珮盈; Lin, Pei-Ying
    利用不同基材研究兩種不同微結構的氣體感測器,分別在陽極氧化鋁薄膜與玻璃毛細管內部塗佈奈米金粒子,藉由其表面電漿共振現象,以量測多種不同官能基的揮發性有機化合物。以上兩個氣體感測器皆搭配反射式光纖,藉此縮小感測光徑範圍,只需單一光點即可進行氣體偵測。經熱處理過的奈米金陽極氧化鋁薄膜感測器,所偵測的八種氣體皆呈現良好的線性關係(R2 >0.99)及再現性,偵測下限則尚有進步的空間,範圍為275 ~871 ppm。另外,使用3-胺基丙基三乙氧基矽烷和四乙氧基矽烷,透過自組裝薄膜反應機制將多層奈米金粒子修飾於內徑為0.8 mm的玻璃毛細管內壁,並與氣相層析儀串聯,成功地偵測十六種有機氣體,其結果顯示具有良好再現性、靈敏度及線性關係(R2 >0.99),對於分子量、極性與折射率越大且沸點越高的化合物有較好的靈敏度,其中m-xylene與cyclohexanone的偵測下限皆小於20 ng。這些局部表面電漿共振感測器,開啟了未來偵測器進一步微小化的可能性。
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    奈米複合材料局部表面電漿共振光纖毛細管偵測器的發展與應用
    (2017) 黎育蕙; Li, Yu-Huei
    在光纖毛細管(FOCap)內塗佈奈米複合材料,透過局部表面電漿共振(LSPR)量測揮發性有機化合物(VOCs)之含量,並成功串聯氣相層析儀(GC)做為氣相層析偵測器。為了使偵測器能夠應用於微小化氣相層析系統,本研究使用低功率的發光二極體(LED)搭配鎖相放大器(LIA)增強光電二極體之訊號。在FOCap中分別塗佈受中孔洞二氧化矽保護的奈米金粒子複合材料(SiO2@AuNPs)和受碳鏈保護的奈米金粒子於多孔聚合物內(C12-AuNPs@poly(GMA-EDMA))作為感測材料,使用光譜儀測量LSPR吸收光譜,光譜的變化量足以偵測VOCs且吸脫附時間不會過長,兩種材料皆有當作GC偵測器的潛力。SiO2@AuNPs光纖毛細管偵測器對於常見的VOCs皆有良好的靈敏度,尤其對於極性較高之化合物偵測感度更佳。分析物極性不同,SiO2@AuNPs毛細管偵測器對其吸附作用力亦不相同,因此每個化合物都有不同的偵測下限(LOD),範圍介於2.56-274.4 ng,雖然對極性化合物有良好的偵測下限,但在再現性測試的實驗中發現回收率及再現性表現不如預期。為了使光纖毛細管偵測器能夠應用於微小化GC系統,使用放光範圍落在奈米複合材料LSPR範圍的LED作為光源並以光電二極體擷取訊號。在LED光徑上放置光束斷續器改善雜散光的干擾,搭配LIA以增強光電二極體的訊號,C12-AuNPs@poly(GMA-EDMA)光纖毛細管偵測器在此實驗裝置下有更好的偵測表現,最低的偵測下限為4.2 ng (左旋檸烯),本研究成功開發具低功率、高表現性等優點的微小化GC偵測器。
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    奈米金-氧化矽多層結構應用於有機氣體光學探針之研製
    (2016) 李冠儀; Le, Guan-Yi
    本研究發展新型光學探頭式探針感測器,在探針基材上修飾多層奈米金粒子及銀鏡,利用局部表面電漿共振 (Localized Surface Plasmon Resonance;LSPR) 原理測量揮發性有機氣體 (Volatile Organic Compounds;VOCs)。首先以3-氨基丙基三乙氧基矽烷(3-Aminopropyl triethoxysilane;APTMS) 當作玻璃和奈米金粒子的交聯劑,再於玻璃片上自組裝奈米金粒子,最後以四乙氧基矽烷 (Tetraethyl orthosilicate;TEOS) 水解後的產物二氧化矽 (Silicon dioxide;TiO2) 在奈米金粒子上形成薄膜當作隔板,按此順序層層疊加,隨奈米金粒子之層數達五層,其吸收度是單層奈米金粒子的 11倍,降低玻片型感測器所需的片數。本研究使用玻片型感測器量測八種有機氣體,結果展現良好的靈敏度、再現性、線性關係 (R2>0.99) 且偵測下限 (Limit of detection;LOD) 落在24~392 ppm。不同於玻片型感測器,探頭式探針感測器使用Y型光纖連接光源及 光譜儀。實驗結果顯示:探針長度越長、外徑越大光反射效果越好。長度5 cm、外徑2 mm之探頭式探針感測器可達單片五層奈米金粒子 5000~6000 ppm的訊號強度,展現探頭式探針感測器良好的靈敏度。
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    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。