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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    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。
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    飛灰/兩性離子型複合水膠作為混凝土自養護劑的可行性研究
    (2020) 蔡承育; Cai, Cheng-Yu
    近年來,學者們提出使用吸水性材料作為自養護劑添加到混凝土中可以有效的改善混凝土的性質,因此本論文主要目的為製備一種飛灰/兩性離子型複合水膠(FA/PDA)作為混凝土的自養護劑,水膠使用丙烯醯胺(AM)、N,N-二甲基胺-3-β-羧基丙烯酸乙酯乙酸鈉鹽(DCA)和飛灰(FA)合成,合成後使用FT-IR光譜作結構鑑定和探討單體比例、起始劑劑量、交聯劑劑量、飛灰含量對於水膠在各種水溶液下吸水率的影響。 將FA/PDA水膠加到水泥砂漿和混凝土中,作為自養護劑時,探討水膠添加量及水膠內飛灰比例的含量,對於水泥砂漿和混凝土抗壓強度、內部濕度、乾縮量和自體收縮量的影響。 將FA/PDA水膠置於水溶液中,在吸水率在一開始會先快速的上升,然後趨於平穩後即達到飽和吸水率,實驗結果顯示,FA/PDA水膠,吸水率會隨AM比例、交聯劑劑量、起始劑劑量和飛灰含量增加而增加,當AM/DCA= 3 MBA= 0.3 mole%, APS= 0.5 mole%,FA = 15 wt%有最高的吸水率。 FA/PDA水膠在去離子水中、0.1M NaCl(aq)、0.1MCaCl2(aq)、Pore solution和水泥漿濾液中的最高的吸水率分別為398.07g/g 、129.63 g/g、116.5 g/g、116.38g/g、73.44 g/g。 將FA/PDA水膠加入水泥砂漿和混凝土中,抗壓強度隨著水膠量的添加而上升,當水膠劑量為0.2 wt%時有最高的強度,在添加不同種類的FA/PDA水膠發現,飛灰含量為15 wt%的FA/PDA水膠,對水泥砂漿和混凝土的抗壓強度和內部濕度增加、乾縮量和自體收縮量減少,有最好的提升效果。
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    兩性分散劑的合成以及對於氧化石墨烯砂漿性質的影響
    (2019) 葛敬; Ko, Ching
    本論文研究目的在於合成一種兩性離子型磺酸系分散劑來改善氧化石墨烯在水泥基材料中的分散性並提升漿體的機械性質。使用甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯 (N-(3-sulfopropyl)-N- methacroyloxyethyl-N,N-dimethyl-ammonium betaine)與丙烯醯胺(Acrylamide)為單體,起始劑為Benzoyl peroxide,經由自由基聚合反應得到分散劑Poly(sulfobetaine-co-acryl amide)(PSA),化學結構經由FT-IR和1H-NMR光譜鑑定,以GPC測量聚合物的分子量。石墨烯則是經由Hummers法氧化成氧化石墨烯,化學結構再經由FT-IR、RAMAN、SEM觀察其結構變化。 經由沉降體積、粒徑分布、界達電位和流變性質實驗結果顯示,添加PSA42 (Mw = 5.4×105)在氧化石墨烯人工孔隙溶液中的分散效果優於其他分子量之聚合物,因PSA42於氧化石墨烯表面有較小的粒徑、較高的界達電位、較低的黏度以及在水泥砂漿中添加10wt% PSA42和0.05 wt% GOA的28天抗壓強度為32.5MPa、抗彎強度為7.1MPa,與控制組相比能分別提升84%、97%;最後經由XRD和DSC實驗則觀察到在水泥漿中添加GO能有效加速和增加前期水化產物的形成。