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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    喹喔啉/二苯基笏及順式二苯乙烯/笏之雙重鄰位混成系統在光電材料上的應用
    (2009) 魏屹; Wei Yi
    有機電激發光二極體技術在近20年來蓬勃發展,對於多功能性的偶極與雙極型材料的追尋更是近幾年來的熱門研究重點。 本實驗室過去已先後發展出喹喔啉/三芳香胺與喹喔啉/二苯基笏之雙重鄰位混成系統,並成功地將它們拿來作為偶極型有機電激發光二極體材料使用。在本論文中,我們先藉由改變原先分子的設計概念,將三芳香胺片段與喹喔啉基板在不同位置上進行組裝後得到具有雙重偶極性的高效能黃光材料,也因此只要透過系統化的合成方式,再與適當片段進行最後的組裝之後便能調整喹喔啉/二苯基笏雙重鄰位混成體的發光,使其成為藍、綠、黃、紅等各種重要顏色的材料;除此之外,以類似分子結構作為配子的金屬銥鉗合物也成功地被合成,並被預期會是效率良好的紅光磷光性材料。 另一方面由於極易產生光異構化現象的因素,導致不同的二苯乙烯衍生物分子雖然早已被報導具有相當高的螢光量子產率,但卻鮮少被應用來作為有機電激發光二極體材料,但在新的分子設計概念下,其構形將可藉由旋環笏片段加以被固定—如此一來在順式二苯乙烯/笏之雙重鄰位混成系統當中將可避免上述現象的發生。在分別與不同電子施體和受體的片段進行組裝之後,我們先是成功地發展出高效率的非摻雜型藍光發光材料,其外部螢光量子產率皆介於5.19-8.74 %之間,這一類偶極型材料同時也具備電洞的傳輸功能;接著相同的基板結構也被應用於其他客體摻雜物與主體材料的設計上,都已有初步的結果。 最後在關於電激發光機制的探討當中,我們藉由脈衝輻射技術來對實驗室已發展的偶極型材料分子進行系統性之研究,並發現它們的脈衝輻射實驗結果與其有機電激發光二極體元件的效能表現之間可以找出關聯—首先,這些分子的電荷傳輸能力與其瞬時吸收光譜的半生期呈現正向的關聯性,因此除了對其電荷移動率直接進行測量之外,脈衝輻射技術則提供了另外一個方法來對偶極型與雙極型材料分子必須具備的電荷傳輸能力加以檢驗;除此之外,在脈衝輻射實驗中所觀察到的瞬時放射光譜結果同樣可以用來對材料分子在元件中的電激發光行為進行評估與分析,它們的瞬時放射光譜與相對應的發光強度分別與其在元件中的電激發光光譜與外部螢光量子產率展現出絕對的正相關性;而在經過整理之後,上述偶極型材料分子在元件中的電激發光機制也已利用脈衝輻射實驗予以確認,在其電子與電洞再結合的過程當中,根據分子去定域化能力的不同而產生了不同形式的分子交互作用,也導致其電激發光機制略有不同。 總結以上的研究成果,希望它們提供了一個更明確的方向,有助於大家進行關於偶極與雙極型材料分子之設計與研究。
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    二芐環庚烷/二苯基笏衍生物於白光有機 電激發光二極體的應用
    (2010) 蔡方元; Fang-Yuan Tsai
    高效率白光有機電激發光二極體一直是個熱門的研究領域,為了 讓業界量產更順利而在無摻雜之多層白光元件努力的研究;本實驗室 過去已先後發展出喹喔啉/二苯基笏之雙重偶極性的高效能非摻雜型 黃光材料與二苄環庚烯/二苯基笏之雙重臨位混成系統的高效率非摻 雜型藍光材料,因此將這兩種材料整合便可做出結構簡單之雙波段白 光有機發光二極體元件,其元件結構為ITO/ NPB/ (喹喔啉/二苯基 笏)/ (二苄環庚烯/二苯基笏)/ TPBI/ LiF/ Al,其元件操作電壓為9.3 V 時最大亮度為15990 cd/m2,當電流密度為20 mA/m2 時有著 1.67 % 之外部量子產率、3.02 cd/A 之電流效率與1.02 lm/W 之功率效率, 其CIEx,y 座標為 (0.27,0.27)。 將喹喔啉之黃光官能基與雙甲氧苯基苯之藍光官能基加以整合 成單一分子而製作成白光發光材料。但是因為分子吸收峰與放射波長 重疊而產生分子間自身能量轉移的現象。
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    寬能隙含氮喹啉金屬螯合物之合成與鑑定及其在藍色螢光有機發光二極體之應用
    (2008) 廖思虹; Szu-Hung Liao
    三(八羥基喹啉鋁)在有機發光二極體中是最常被使用的金屬螯合物之ㄧ。藉由將五號位置上的碳氫置換為氮,並且在四號及六號碳之位置加入甲基或是苯環取代,我們合成出三種配位基:mND、mmND以及mpND,並且與金屬鋁、鎵、銦、鎂、鋅、或鉿螯合,發展出一系列由藍色至深藍色之發光材料,並完成詳細性質之鑑定。我們將這一系列化合物作為發光層製作成元件,可得到良好的電激發光效率,並且可成功地用在主、客體發光系統中作為主體材料,製作出高效率的藍光(摻入物)元件與白光元件。
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    三氟甲烷之取代烷基硫醇自組裝單分子薄膜修飾於陽極表面對於有機電激發光元件性質之研究探討
    (2008) 黃可慧; Ko-Hui Huang
    本篇主要分為兩個部分,第一部份是合成三氟甲烷取代之烷基硫醇分子,其具有相同末端拉電子基(-CF3)但不同長度的碳鏈的硫醇分子,並吸附在金與銀表面形成自組裝單分子薄膜,藉由橢圓儀、紅外光譜儀、接觸角及光電子光譜儀進行表面性質分析,更進一步探討碳鏈奇偶對表面性質及對功函數的影響。第二部分是將三氟甲烷之取代烷基硫醇分子修飾於OLED元件之陽極電極,製備發光元件,研究此修飾對元件之電流、電壓、及發光效率的影響。 第一部分研究結果顯示吸附在金表面時,紅外線的吸收、接觸角及功函數都隨著亞甲基數目依序增加而有大小交替的奇偶效應。但吸附在銀表面時,卻沒有明顯的奇偶效應。第二部分研究結果顯示,經三氟甲烷取代之烷基硫醇分子修飾陽極所製作頂部發光元件,元件結構為Ag/ CF3-SAM/ NPB/ Alq3/ LiF/ Al/ Ag,電流密度隨著修飾硫醇分子之碳鏈長度增加而減少,而發光效率則隨著修飾硫醇分子之碳鏈長度增加而變大,發現奇偶碳鏈的偶極矩變化對電荷的注入影響較小,而碳鏈長度的差異所造成不同的穿遂障礙將是影響發光效率的主因。若元件結構改為Au/ CF3-SAM/ BPAPF/ Alq3/ LiF/ Al/ Ag,其電流密度隨著功函數增加而變大,發光效率以CF3(CH2)11SH所修飾電極的元件最佳。電流效率之變化趨勢可以電洞注入效率的改變而造成電荷平衡改變來解釋。
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    雙鄰位結合的咪唑/雙芳香胺取代之雙苯基茀融合系統在有機電致發光材料的研究
    (2008) 林蓓羚
    我們開發出以苯環對位有二芳香胺取代的咪唑 ( Imidazole ) 為主體螢光材料,各別將苯環的鄰位連接到茀的C9位置形成旋環化合物Spiro-BI,此以推電子的三芳香胺片段與接收電子的咪唑片段做搭配,使得主體結構具有偶極 ( Dipolar ) 的特性,我們將這類化合物應用在有機發光二極體 ( OLED) 元件的研究,希望能在此材料層有效形成光激子 ( Exction )作為發光層。 本論文利用X-ray晶格繞射確立結構後,再以熱重分析儀評估其熱穩定性,發現這一系列化合物在熱穩定性上Td值的範圍可高達400oC以上。接著對此類化合物進行吸收、放射光譜、螢光量子產率的測量,同時也利用循環伏安法評估其氧化還原行為和推測其HOMO-LUMO能階。發現此系統化合物具有可逆的氧化峰且大約在5 eV左右,因此推測其適合作為電洞傳輸兼發光層。 我們以光物理與電化學性質為基礎,預期此類化合物適合作為電洞傳輸兼發光層。於是我們將其搭配合適的電子傳輸層和電洞阻檔層,來製作發光二極體元件,並測量其光電性質。發現化合物6a所構成的深藍光叁層元件正如我們預期的展現出優良的元件效率,元件結構為ITO/6a/BCP/Alq3/LiF/Al時,驅動電壓只有3 eV,最大亮度達5688 cd/m2,在電流密度100 mA/cm2時,量子產率為2.47 %,電流效率2.21 cd/A及功率0.96 lm/W,CIE座標為(0.15,0.10),放光最大波長值為436 nm,半高波寬只有56 nm。
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    以二甲基苯酮建構的雙極性有機發光二極體材料
    (2017) 林炫亨; Lin, Hsuan-Heng
    藉由鈀金屬物催化之碳-氮鍵耦合、碳-碳鍵耦合將不同的推電子基團引入二苯基甲酮 (benzophenone) 片段的苯環中,本研究合成出四個雙極化分子 (bipolar),化合物中有三個經單晶結構解析確認結構。由於推電子基團位於羰基的鄰位,分子的共軛性因為立體障礙而降低,使得分子擁有較高之單重激發態(HOMO與LUMO的能階差則大約為2.7−3.0 eV,HOMO能階位置則約落在5.7 eV−5.9 eV)。化合物有不錯的熱穩定性,熱裂解溫度高達300 ℃以上,玻璃轉移溫度約在 80−130 ℃。配合雙極性特徵,這些分子有利於未來作為可摻雜發光客體的主體材料。 化合物於低極性的溶劑的放光波段約為370 −550 nm之間,屬於藍光或綠光;但因立體障礙使得螢光量子產率僅達19%。化合物之螢光可能來自分子中片段的局部發光,或是電荷轉移躍遷之放光。
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    以[2.2]對環芳建構的雙極性有機發光二極體材料
    (2018) 洪嘉駿; Hong, Jia-Jyun
    本研究合成出六個以PCP([2.2]paracyclophane)為結構核心的HJJ系列雙極性分子,藉由引入不同的推電子基(arylamine或 9H-carbazole),搭配cyano拉電子基,以及共軛鏈長之改變來調控分子雲的定域化程度,五個分子結構且經過X-ray晶體繞射圖譜鑑定。此系列分子擁有寬能隙(> 3.25 eV),螢光光色在極性溶劑和非極性溶劑中皆屬紫/藍光。此系列分子的熱裂解溫度在250 oC以上。HJJ-2發現薄膜態有堆疊誘導強化發光現象,其螢光量子產率高達82%,且具有雙極性載子傳輸能力。以之作為發光層製成電激發光元件,外部量子效率可達約0.5%。以上化合物具有做為藍光發光材料或摻雜發光材料之主體(host)材料的潛力。
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    雙功能性、偶極的喹咢啉中心模板之三芳香胺衍生物在小分子、高分子有機電致發光材料的研究
    (2005) 林怡妏
    我們開發出以喹咢啉 ( Quinoxaline ) 為骨架結合三芳香胺 ( Triarylamines ) 類衍生物作為有機電致發光材料,由於結合雙功能性 ( Bifunction ) 與偶極 ( Dipolar ) 的特性,使材料之間更能有效形成光激子 ( Exciton ),將推電子基團的七圓環三芳香胺片段與拉電子基團的喹咢啉片段搭配,形成具有1:1的接受-給予 ( Acceptor – Donor ) 電子系統 ( QLIMS; Q ) 的化合物之衍生物,在有機發光二極體小分子、高分子有機電致發光材料之研究。 本論文利用熱重分析儀評估其熱穩定性,發現有取代基的QLIMS這一系列化合物在熱穩定性上有不錯的表現。接著對此類化合物進行吸收、放射光譜、螢光量子產率的測量;同時也將利用循環伏安法評估其氧化還原行為和測定其HOMO-LUMO能階。發現此類化合物適合當作電洞傳輸兼發光層,並搭配合適的電子傳輸層製作發光二極體元件,並測量其光電性質。小分子綠光化合物在與Alq3搭配製成元件時,最大亮度可達12347 cd/m2;引入二苯胺基 ( Diarylamine ) 取代基使發光發光範圍調整至645 nm至675 nm,與Alq3搭配製成元件時,為一飽和的紅光材料,最大亮度可達10300 cd/m2。高分子化合物摻雜PVK導入PBD電子傳輸層製作高分子元件,能有效透過能量轉移放光,展現出良好的發光效率,最大亮度可達610 cd/m2。