全國中小學科展

高級中等學校組

訂製美好食光—不同光策略的LED應用於芝麻菜與萵苣生產之研究

本研究以植物工廠為平台,探究光質對紅貝塔齒葉萵苣和野生芝麻菜的生長影響,以節省能源為目標,並建立口感與光質之間的關係。紅貝塔齒葉萵苣在燈源紅光比藍光比值為9、7至23點光源強度韻律變化、每日23至01點遠紅光處理、第15至18天的13至14點低劑量UVB處理、逐日提升日總光量DLI值、於21天收成,可顯著增加鮮重、乾重,節省耗電度數約36%;野生芝麻菜在燈源紅光比藍光比值為20、7至23點光源強度韻律變化、逐週提升日總光量DLI值、於28天收成,可顯著增加鮮重、乾重,節省耗電度數約42%,為最佳種植策略。再者,也發現低劑量UVB會使萵苣植株高度降低,而遠紅光處理則可逆轉UVB所造成的影響。

人工智慧進行汙染因子的模式及時序分析

本研究蒐集松山、新竹、沙鹿、台南、前鎮、台東六個北中南東空品測站的空氣汙染和 氣象因子資料,並用人工智慧:決策樹、邏輯回歸、支持向量機、K–平均演算法、ARIMA 分析 PM2.5、PM10、O3 的時空分布模式及汙染預測模型,研究顯示 PM2.5、PM10 污染好發 特性相似,冬季汙染皆較嚴重,並與 CO、NOx、NO 及風速具相似時序節律;以汙染因子 預測 PM2.5、PM10 皆有好的效果,其中 CO 為決定性因子,氣象因子的預測效果較汙染因子 差,且各測站預測模式不盡相同。 O3 汙染多為偶發時序節律不明顯,通常不伴隨 PM2.5、 PM10 汙染,又因 O3 源自 NO 光化反應,汙染及氣象因子預測皆比 PM2.5、PM10 好。

SHOW ME THE ROCK & SHOW ME THE SONIC WAVE

本研究期望能藉由探討聲波的相關物理特性,研發出具備環保且使用安全的滅火器。研究過程中,運用程式設計與藍芽無線傳輸的方式,傳輸並測試許多低頻的頻率,並深入探討其聲壓頻譜、聲壓、聲強、聲功率分布等物理特性。經由聲壓頻譜分布可找出最佳(穩定較高)的頻率,藉由聲波物理特性的探討,可瞭解為何聲波處於低頻時具有滅火的特性,再由3D PRINT技術設計出周邊輔助的裝置,並完成研究作品。

不怕熱的瀝青-遮熱塗層應用於瀝青路面

本研究目的為替柏油路增加遮熱塗層以延長使用年限,參考文獻曾利用二氧化鈦,但因為遇到液體時摩擦係數會變得非常小,所以文獻中有增加粒料用來增加摩擦力。為兼顧環保與成本,我們想利用台南盛產的蚵殼代替粒料及二氧化鈦來完成成本更低的遮熱塗層。 為確保研究成果符合工程實用性,我們使用公路總局近年新研發的密級配瀝青磚作為實驗對象,利用高強度凝固快的EB1環氧樹脂與二氧化鈦與蚵殼,便可作為瀝青上方的遮熱塗層。EB1A劑:EB1B劑:二氧化鈦:蚵殼=60g:20g:20g:80g,其配方混合而成之遮熱塗層進行測試時得到最好的升溫抑制能力,凝固時間1小時,2小時會達到完全硬化,其兼顧強度、成本與道路安全規範,且鋪設流程相當方便。

雲端智能健康管理冰箱套件

因近年來食物浪費嚴重,相關議題已被聯合國納入永續發展指標第12項中,加上國人對健康飲食的風潮,本研究希望應用物聯網,結合硬體的感測、雲端程式架設與手機App技術建構一組健康管理智慧冰箱套件,以減少家庭中食材的浪費。實作研究藉由冰箱食材儲存機構的設計並將ESP32控制板安裝於適當的空間,其存儲機構內之極限開關感測器能即時讀取並傳送食材之種類與時間資訊至雲端介面資料庫,然後雲端程式會依使用者每日活動量與身體資訊,根據衛福部飲食指引與相關文獻求出使用者每日熱量建議攝取值,最後結合冰箱食材與個人偏好進行健康食譜的決策推薦,以達到避免食物浪費與健康飲食之目的,其所記錄的資料亦可作為後續家庭食材管理與個人健康分析依據。

二維材料/有機半導體複合材料高靈敏有毒氣體偵測

空氣,含有許多有害物質,像是懸浮微粒、二氧化碳、含氮化物等,當我們深入探討空氣汙染的相關資訊,就了解到二氧化氮正是空氣汙染中最危險的氣體,更是造成許多疾病的原因之一。因此,我們決定製作以偵測二氧化氮為主的感測器。經由文獻探討,使用MOS2/PPy複合材料製作空氣感測器,先以水熱法製作二硫化鉬,再以化學沈澱法將PPy結合成感測器。在SEM及XPS材料特性分析中證實MoS2/PPy異質結構有效合成,然後利用此感測器對二氧化氮吸附與脫附的時間及感測器響應值,了解其效能;最後,探討二氧化氮吸附機制,了解感測器偵測原理。我們希望藉由此研究,提高感測器靈敏度,進而加以改善,越靈敏的感測器則越能及時探測有毒氣體,將有效爭取時間做好危機處理。

平行金屬板電場對白莧種子萌芽及後續育苗之影響

本實驗目的為「探討平行金屬板間之靜電場,白莧種子在其內萌芽及後續育苗之影響」,以2V/cm、4V/cm作為在電場下培養的實驗組,0V/cm作為在一般環境下對照組,分別記錄第一天至第四天之累加發芽率,以及第十天至第十五天之累加出葉率。實驗結果發現,電場愈大,成功發芽的機率較高,且有助於加快白莧菜之生長速率。

震「骨」鑠「筋」-模擬鋼骨結構、剪力牆等抗震效果

隨科技演進,大多數天然災害我們已有能力做到預報的工作,而少數尚未有準確預報系統的自然災害,地震--即名列其中。故對於震災,熟稔預防工作、設計抗震、耐 震建築顯為首要之務。本研究透過水平搖晃槽及垂直震動器模擬地震發生時之S、P波 並以造型棒、頂點珠模擬鋼骨結構受震。觀測各異樓層、底面、抗震裝置下其搖晃程 度及破壞位置等,並探討:(一)建築物破壞點和抗震力關係、(二)建築和地震來向關 係、(三)梁柱、結構對稱性對耐震程度關係、(四)制震裝置等之功效。

結合費氏數列應用於腳踏車平面拼圖塑膠模型之共用模座與頂出設計

塑膠射出是塑膠製品中最基本的製造方法,塑膠原料經過融化以後進入模具內等產品冷卻以後再由頂出板與頂出銷頂出產品,然而在頂出的過程中頂出銷需要擺放的位置需要由產品的形狀和排列方式而定,造成每一組塑膠產品都需設計不同頂出位置,所以進而嘗試使用費氏數列的方法來排列出頂出位置。 參考市面上的塑膠模具發現,大部分塑膠模具都有不同的頂出位置,為了因應不同的產品而設計,故本次利用腳踏車平面拼圖塑膠模型設計頂出費氏列設計裝置製作腳踏車拼圖,所以在設計塑膠模具中可以降低頂出排佈困難,減省時間也節省材料的花費。

液滴爆炸

本研究探討乙醇水溶液液滴於疏水流體表面之分裂現象。此現象可利用揮發造成乙醇之濃度梯度所驅動的表面張力梯度來解釋,又稱為馬倫哥尼現象(Marangoni Effect)。液體為達到最低表面能而改變表面積的普托瑞立不穩定現象(Plateau Rayleigh Instability)也可以做為液滴分裂的解釋之一。 在研究中,研究團隊發現溶液在油面上會隨時間分裂出子液滴,並對於最終子液滴的半徑與分裂現象分別進行定量與定性之探討。本研究於先遣實驗中發現乙醇水溶液濃度之臨界下限為65%~67%重量百分濃度,並以大於(含)此濃度之溶液進行關於乙醇濃度、溶液體積與油層厚度三項參數對於最終子液滴半徑、分裂時間、液滴最大擴散半徑與擴散半徑演變之影響。