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 兩性共聚物: 合成與應用(2022) 劉幸怡; Liu, Xin-Yi本論文研究分為三個主體,這三個主題分別為共聚物分散劑合成應用於氧化石墨烯與環氧樹脂複合材料熱傳性、兩性離子分散劑的合成及應用於砂漿中氧化石墨烯的分散、兩性離子水膠/矽藻土複合材料的合成及應用於砂漿中。第一個主題為合成一種共聚物Poly (GMA-co-Eu),選用甲基丙烯酸缩水甘油酯(Glycidyl methacrylate)和烯丙基甲氧基苯酚(Eugenol)為單體,偶氮二異丁腈(AIBN)為起始劑,經自由基反應利用不同單體比例和起始劑濃度聚合成共聚物分散劑P(GMA/Eu)。經由FTIR及NMR光譜分析確認其化學結構。利用Hummers法將石墨烯氧化成氧化石墨烯,並經由FTIR和RAMAN光譜確認。接著探討溶劑、共聚物添加量等對於氧化石墨烯/環氧樹脂(GO/Epoxy)複合材料的熱傳性影響影響。利用SEM觀察氧化石墨烯在環氧樹脂裡的分散性。比較添加不同PGE和PVP,TX100對於氧化石墨烯/環氧樹脂複合材料的熱傳性。實驗結果顯示利用Hummers法將石墨烯氧化成氧化石墨烯,並經由FTIR和Raman光譜確認。在合成的5個PGE中,以PGE3 (GMA/Eu=2, Mn=6.7×103)對GO的分散效果最好。在含6% PGE、10wt% GOA的GO/Epoxy複合材料K值為3.32 W/mK,相較於沒有添加分散劑含10wt% GOA的複合材料K值(=2.62 W/mK)提升了26%;在含6% PGE、20wt% GOA的GO/Epoxy複合材料K值為5.02 W/mK,相較於沒有添加分散劑含20wt% GOA的複合材料K值(=2.93 W/mK)提升了71%。添加PVP和TX100,也能促進GO的分散而提升所得GO/Epoxy複合材料的K值。添加相同劑量的5個PGE PGE所得的複合材料的K值都高於添加PVP者,顯示PGE對GO的分散效果優於PVP。第二個主題為合成一種兩性離子型羧酸型共聚物:丙烯醯胺-(1-(4-(3-((羧甲基)二甲基氨基)丙基氨基)-4-氧代丁-2-烯酸二鈉)) Poly(AM-co-CDP) (PAC),首先使用馬來酸酐和N,N-二甲基-1,3-丙二胺,及氯醋酸鈉反應得到單體1-(4-(3-((羧甲基)二甲基氨基)丙基氨基)-4-氧代丁-2-烯酸二鈉)(CDP),硫酸銨(APS)為起始劑,與丙烯醯胺(AM)經由自由基聚合反應合成得到兩性離子型共聚物Poly(AM-co-CDP)。使用FTIR和1H-NMR光譜鑑定其結構,利用GPC測定其分子量,將PAC加入含氧化石墨烯的人工孔隙溶液中,透過沉降體積、粒徑分布、界達電位與黏度實驗,探討PAC對於人工孔隙溶液中GO的分散效果。將PAC/GO添加在水泥砂漿中,測試砂漿試體的抗壓強度與抗彎強度並與商用氧化石墨烯GOB和商用分散劑PC比較。實驗結果顯示: 經由沉降體積、粒徑分布、界達電位和黏度實驗觀察,隨著PAC添加量的增加,GO人工孔隙溶液的黏度漸減,溶液中GO沉降速率減緩、GO粒徑變小、GO界達電位的負值變大,顯示此共聚物確實能促進GO的分散。在合成的PAC中以PAC23(AM/CDP=4, Mn=2.1×104)的表現最佳。相較於商用型羧酸分散劑PC,PAC有更佳的GO分散效果。隨著PAC添加量的增加,含GO的砂漿抗壓/抗彎強度亦增。添加10wt% PAC23、0.05 wt% GOA的28天齡期砂漿試體,有最大的抗壓和抗彎強度、分別為37.2 MPa和7.5 MPa,比未添加氧化石墨烯或分散劑的對照組試體提升了32.3%和111%。相較於PC,PAC更能提升砂漿的機械性質。在合成的數種PAC中以PAC23(AM/CDP=4, Mn=2.1×104)的表現最佳。第三個主題為製備兩種兩性離子型的吸水性水膠,使用丙烯醯胺、disodium 1-(4-(3-((carboxylatomethyl)dimethylammonio) propylamino)-4-oxobut-2-enoate)( 1-(4-(3-(((羧甲基)二甲基銨)丙基氨基)-4-氧代丁-2-烯酸酯)二鈉)) (CDP)和矽藻土為單體,製備PAC和PACD兩種兩性離子型的吸水性水膠,使用FTIR作結構鑑定,探討單體比例、起始劑或交聯劑劑量和矽藻土含量對於水膠在各種水溶液下吸水率的影響。實驗評估將PACD複合水膠加到水泥砂漿中,作為自養護劑是否合宜,探討水膠和矽藻土量,對於水泥漿中對於水泥砂漿壓強度、內部濕度、乾縮量的影響。實驗結果顯示,PACD複合水膠,當AM/CDP= 4,APS=0.5 mle%,MBA=0.5 mole%,矽藻土15 wt%時的反應條件下,在純水中和孔隙溶液中的最大吸水率分別為362.4 g/g和115.4 g/g。添加矽藻土水膠的砂漿試體的內部濕度高於未添加矽藻土水膠的砂漿試體,後者則高於未添加水膠的砂漿試體。砂漿試體的內部濕度隨著添加的PACD水膠所含DE比例增加呈現先上升、達最大值後再下降的趨勢,其中以添加15 wt%DE的PACD3水膠的砂漿試體內部濕度為最高,其內部濕度到第22天方開始從100%往下降,到第28天的內部濕度仍有78.6%。添加矽藻土的砂漿試體的抗壓強度高於未添加矽藻土的砂漿試體,後者則高於未添加水膠的砂漿試體。砂漿試體的抗壓強度隨著添加的PACD複合水膠所含DE比例增加呈現先上升、達最大值後再下降的趨勢,其中以添加15 wt%DE的PACD3水膠的MD23砂漿試體抗壓強度為最高,在28天齡期的抗壓強度為39.8MPa,比未添加矽藻土的的PAC水膠的試體抗壓強度(34.5 MPa)提升了15%;比無添加水膠的試體抗壓強度(33.1 MPa)提升了20%。添加矽藻土的砂漿試體的乾縮量低於未添加矽藻土的砂漿試體,後者則低於未添加水膠的砂漿試體。砂漿試體的乾縮量隨著添加的PACD水膠所含DE比例增加呈現先下降、達最低值後再上升的趨勢,其中以添加15 wt%DE的PACD3水膠的砂漿試體乾縮量為最低。Item 兩性共聚物:合成以及對水泥砂漿中氧化石墨烯分散性之影響(2022) 郭景隆; Guo, Jing-Long本篇論文的研究主要為合成出一種羧酸系兩性離子型共聚物PD (單(5-氨基-2-(1-(2-((羧甲基)二甲基氨基)乙氧基)-1-氧代丙烷-2-基)-4-甲基-5-氧代戊酸酯)二鈉),用來改善氧化石墨烯在水泥砂漿中的分散,提升試體的抗壓強度。實驗過程中使用馬來酸酐和DMEA(N,N-二甲基乙醇胺)合成DME(二甲基胺乙基氧羰基丙烯酸),然後再與氯丁酸鈉鹽反應得到單體DCA(N,N-二甲基((羧酸)丙烯醯氧基乙基)乙酸鈉),最後使用過硫酸銨為起始劑,與不同比例的丙烯醯胺(AM)經由自由基聚合反應合成得到共聚物PD,經由FTIR和1H-NMR光譜鑑定共聚物的分子結構,並以GPC/SEC測得其分子量。另外,使用modified Hummers法將石墨烯氧化成氧化石墨烯(GO)。將PD加入含GOA的人工孔隙溶液中,透過沉降體積試驗、黏度實驗、粒徑分布與界達電位的測試,探討PD對於GO在人工孔隙溶液中的分散效果。測試結果顯示, GO在人工孔隙溶液中的沉降時間隨著PD之AM/DCA比例的增加,呈現先增後減的趨勢。其中PD在AM/DCA=5時有最長的沉降時間;此外,GO在溶液中的沉降時間隨著PD分子量的上升或添加量的增加,呈現先增後減之趨勢。其中以添加10wt% PD15b時,GO在溶液中的沉降時間為最長,達到45小時,此時溶液的黏度為最低(3.08 mPa‧s),溶液中GO的D50粒徑為最小、界達電位之負值為最大,分別為127 nm和-25.5 mV,亦即在所合成的共聚物中以PD15b(AM/DCA=5, M̅n=1.8×104)對於氧化石墨烯在孔隙溶液中有最好的分散效果。將PD15b加入含GOA的水泥砂漿中,進行抗壓強度測試,發現添加10wt% PD15b與0.05wt% GOA的砂漿試體,在28天的抗壓強度為34.6 MPa,與未添加GOA、共聚物的控制組相比提升了52.4%。Item 羧酸型共聚物:合成與對於砂漿中氧化石墨烯分散性的影響(2021) 許永; HSU, Yung本篇研究目標是合成一種羧酸系兩性離子型共聚物PDA(聚(N,N,N-二甲基((羧酸)丙烯醯氧基乙基)丁酸鈉-丙烯醯胺),作為共聚物用來改善氧化石墨烯在水泥基材料的分散性以提升試體的機械性質。先使用馬來酸酐和N,N-二甲基胺乙醇合成DME(二甲基胺乙基氧羰基丙烯酸),再與4-氯丁酸反應得到單體DCB(N,N,N-二甲基((羧酸)丙烯醯氧基乙基)丁酸鈉),最後使用過硫酸銨(APS)為起始劑,與不同比例丙烯醯胺(AM)經由自由基聚合反應合成得到兩性離子型共聚物PDA,PDA經由FTIR和1H-NMR光譜鑑定其結構,以GPC測定其分子量。另外,使用Hummers法將石墨烯氧化成氧化石墨烯(GO)。將PDA加入含氧化石墨烯的水溶液中,透過沉降體積、粒徑分布、界達電位與黏度實驗測試,探討PDA對於水溶液中GO的分散效果。測試結果顯示,在人工孔隙溶液中共聚物對於GO的沉降時間隨著AM/DCB比例的增加呈現先增後減的趨勢,PDA在AM/DCB=4時有最長的沉降時間;另外,GO的沉降時間隨著PDA分子量的上升或添加量的增加而增長,因此PDA41添加量為20 wt%時,GO的沉降時間為最長達65小時,此時溶液的黏度為最低(2.88 mPa‧s),溶液中GO的D50粒徑為最小、負界達電位為最大,分別為287 nm和-28.2 mV。因此在所合成的共聚物中PDA41有最好的分散效果。將PDA41加入含氧化石墨烯的水泥砂漿中,測試砂漿試體的抗壓強度與抗彎強度。結果顯示,添加20 wt%的PDA41與0.05 wt%的GO的水泥砂漿試體,在28天的抗壓強度為34.7 MPa,抗彎強度為6.73 MPa,與未添加共聚物的控制組相比提升了57%與99%。Item 高分子對鈦酸鋇分散性能與電性之研究(2008) 陳龍賓鈦酸鋇因具有強鐵電、壓電和介電等特性,為製造電容器、電感器、壓電感測器之重要原料。製程上鈦酸鋇粉末須先加入溶劑以配成漿料,目前所使用的溶劑分為水及有機溶劑兩類,基於環保與降低成本,近年來水系漿料的製備已引起矚目。為製備分散良好之漿體,常需加入聚電解質作為分散劑。隨著漿體pH值增加,高分子吸附量減少,但降低漿體pH值,高分子解離度降低、鋇離子溶出量增加。為了製備分散穩定的漿料,值得合成出具有良好分散效能且減少鋇離子溶出的高分子。 本研究主要合成兩種類水溶性高分子:一為陰離子型之聚(甲基丙烯醯胺/甲基丙烯酸鹽) (PMMN),係以甲基丙烯醯胺 (MAM) 及甲基丙烯酸 (MAN) 為單體,在鹼性環境下經自由基聚合反應所合成的共聚物。另一為兩性共聚物,先以氯醋酸鈉與N-(4-乙烯苯基)-N,N-二甲基胺製備一N-(4-乙烯苯基)-N,N-二甲基乙酸銨(DMVBAE)之兩性單體。以DMVBAE和甲基丙烯酸經聚合反應得到聚(N-(4-乙烯苯基)-N,N-二甲基乙酸銨/甲基丙烯酸鹽) (PVM);另外,DMVBAE與甲基丙烯醯胺、甲基丙烯酸可製得聚(N-(4-乙烯苯基)-N,N-二甲基乙酸銨/甲基丙烯醯胺/甲基丙烯酸鹽) (PVMM)。所得產物由IR、1H-NMR光譜確認其結構,GPC分析其分子量。利用電位滴定法得到高分子在不同pH值下的解離率及PMMN中單體組成比例。由PVM的1H-NMR光譜圖可知兩單體含量,而PVMM可經由元素分析法求得單體組成。 兩類型高分子添加於鈦酸鋇漿體,藉量測漿體黏度、記錄沈降行為、分析漿體粒徑、觀察生胚微結構及計算胚體密度來評估其分散效能並與PMAAN做為對照。結果顯示添加這些高分子可得到分散良好的漿體,最佳劑量均為2mg/g BT。由吸附實驗和粒子界達電位測定結果顯示PMMN(60)含60wt%甲基丙烯醯胺單體有最大的羧基吸附量及最低的界達電位值。PVM、PVMM為兩性高分子,在鹼性環境下較易吸附於粒子表面,其中PVMM含醯胺基更易吸附於粒子,吸附量大於PVM。這些高分子吸附於粒子上均可產生電荷斥力與立體阻障而使懸浮液達到穩定的狀態。引用DLVO理論計算粒子之總電位能,所得結果與實驗相符。IR、UV/vis光譜圖中官能基吸收峰的位移提供粒子與高分子交互作用的證據。量測溶液中鋇離子濃度, PMMN、PVM和PVMM結構中含四級胺和醯胺基等官能基較容易吸附於粒子上,吸附量增加或粒子表面有較大的高分子覆蓋率,可抑制鋇離子溶出,因此減少溶液中鋇離子濃度。添加PMMN、PVM及PVMM做為分散劑可得到較好的分散效果,粒子堆積緻密,經燒結後,可增加胚體介電常數值與降低介電損失值。Item 陰離子共聚物的合成及做為水系鈦酸鋇漿體的分散劑(2007) 楊逸斌在鈦酸鋇電子陶瓷的製程,要得到穩定性高且分散良好的漿料必須添加分散劑。本篇論文主要合成一種陰離子型聚合物聚(二(二甲基丙烯酯)乙基磺酸鈉/甲基丙烯醯胺) (PMEA)作為分散劑探討,不同分子量的PMEA對於鈦酸鋇水系漿體分散性質的影響。 合成之PMEA以IR和1H-NMR光譜確認其結構,並利用GPC測定得到其重量平均分子量分別為 4.1×105,1.3×105,6.0×104,1.6×104。 添加共聚物對於鈦酸鋇漿體穩定性影響的研究方法有流變行為、沈降體積及粒徑分布測試,並利用界達電位及吸附量等實驗來解釋。經由壓胚及燒結,測量胚體之生胚、燒結密度、介電常數及介電損失。另外,利用ICP-MASS來測量鈦酸鋇漿體中Ba2+的含量。實驗結果發現添加PMEA (Mw =1.3×105) 在鈦酸鋇漿體的分散效果優於其他分子量之聚合物,因PMEA (Mw =1.3×105) 於鈦酸鋇粒子表面有較大的吸附量使粒子有較高的界達電位、較小的粒徑及漿體有較低的黏度並可使粒子分散均勻、堆積緻密而有較高的生胚與燒結密度。最後,添加PMEA能減少漿體中鋇離子的溶出。