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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    (A’1/3A”2/3)1/2Ti1/2O2 (A’:Mg, Ni, Zn; A”:Nb, Ta)微波陶瓷材料之拉曼光譜與延伸x光吸收精細結構分析
    (2008) 楊紹瑋; Shau-Wei Yang
    本文利用拉曼散射、X光繞射和延伸X光精細結構光譜(EXAFS)等光學方法來測量擁有金紅石(rutile)結構的(A’1/3A”2/3)1/2Ti1/2O2樣品(A’: Mg, Ni, Zn; A”: Nb, Ta)中氧八面體結構與其微波性質的關連性。藉由改變不同的A’及A”的原子,品質因子和介電常數都有顯著的變化。在此,我們將我們的樣品分成兩組:一組為(A’1/3Nb2/3)1/2Ti1/2O2,(A’: Mg, Ni, Zn);另一組為(A’1/3Ta2/3)1/2Ti1/2O2,(A’: Mg, Ni, Zn)。 從EXAFS的分析可以發現:不同的A’原子,其Ti-O鍵長(即氧八面體體積)會產生不同的變化,而且散射中心到相鄰單位晶格中心的距離(即c軸長度)對於介電常數有著非常大的影響。在拉曼部份,我們比對了1倍及具有奈米結構的金紅石拉曼圖形,發現到我們的拉曼實驗數據較為接近奈米結構的金紅石,這也就是說我們的樣品具有奈米結構的特性。此外,與氧原子相關的拉曼振動模基本上會隨著A’原子的重量增加而產生紅移。透過理論的計算所得到的頻率變化趨勢,與我們分析得到的頻率變化趨勢相同,且都與介電常數有關-氧八面體結構越緊密,介電常數越小;另外透過比對與氧原子相關的拉曼振動模峰值的半高寬與品質因子,我們得到了半高寬越小品質因子越好的結果。從拉曼散射和延伸X光精細結構光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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    鎵石榴石微波陶瓷的延伸X光吸收精細結構與拉曼光譜研究
    (2007) 呂杰翰; Chieh Han Lu
    本文以延伸x光精細結構光譜(Extended X-ray absorption fine structure)與拉曼散射光譜(Raman spectrum)對Re3Ga5O12 Gallium Garnet陶瓷的微波特性相關性質進行研究,其中A-site元素由不同的稀土族元素所置換,分別為Nd, Sm, Eu, Dy,在X光精細結構光譜的研究中,可發現鎵多面體的相對大小與晶體的介電常數(Dielectric constant)有關;而由對拉曼光譜的分析,可歸納出聲子的半高寬與品質因子(Quality factor)間的關連性,當聲子半高寬較小時,表示晶體的結晶性良好,晶體的振動因而能與外加電磁波的頻率一致(coherent)。關連不同原子結構的聲子性質亦被分析,與A-site結構相關的聲子頻率較高時,表示A-site氧十二面體的體積較小,而鎵多面體的相對體積較大,介電性質的變化被發現與多面體間的相對體積變化有關。 在摻雜TiO2共同燒結的Sm-Garnet微波特性研究中,我們同樣利用EXAFS與拉曼光譜進行分析,結果顯示,Garnet結構並沒有顯著的改變,而在晶粒的邊界中存在有Ga2O3以及鈦原子相關的化合物,這些二次相的出現降低了邊界的電磁波反射,改善了微波特性。
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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。
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    摻鋅鈮酸鋰晶體取代機制研究
    (2004) 李佳倛; Lee Chiachi
    為了瞭解摻鋅鈮酸鋰晶體的結構振動特性以及外來雜質鋅在鈮酸鋰晶體中的取代機制,我們針對一系列利用柴式提拉法成長,摻鋅濃度由0 mol %到8.3 mol %的一致熔融鈮酸鋰晶體進行研究,首先我們想要確認晶體聲子振動模的形式以及瞭解雜質濃度對晶體結構振動所造成的影響,故進行了時間解析激發-探測實驗與晶體的E(TO)拉曼散射光譜測量,實驗結果發現電磁偏極子的同調時間與拉曼聲子半高寬皆隨Zn濃度的增加而有變化,由電磁偏極子同調時間及聲子半高寬隨鋅濃度的變化情形,我們推斷鈮酸鋰晶體E(TO1)與E(TO2)聲子的相關振動模皆與Nb及O原子的振動相關,而E(TO3)聲子的振動模則主要決定於晶體中Li原子的振動。 接著我們想要確認出鋅在鈮酸鋰晶體中的取代位置,故分別對Zn原子及Nb原子進行X光吸收譜的實驗測量,由EXAFS光譜的分析可以確定,在摻雜濃度為8.3 mol%之前,鈮酸鋰晶體中所摻雜的Zn原子都是以+2價的形式取代在Li原子的位置,不因為濃度的增加而改變,並且不影響鈮酸鋰晶體整體的幾何結構,但是由XANES光譜分析,我們發現Zn的摻雜會使晶體中Nb原子的電子結構產生變化,並隨著Zn濃度的增加產生不同的效應。 最後利用低溫拉曼光譜、OH-吸收光譜、粉末X光繞射分析及晶體矯頑場與內場的測量,推測計算出鋅原子在鈮酸鋰晶體中的取代機制隨濃度的變化,以及晶體中缺陷數量的改變,我們所得的結果為NbLi原子約在[Zn]=5.3 mol %時完全被取代,且利用鋰空缺模型計算得到摻雜質鈮酸鋰晶體組成與Zn濃度的關係。