全國中小學科展

高級中等學校組

「綠」治「微」新-微生物燃料電池結合魚菜共生系統

本研究旨在證實微生物燃料電池降解廢水的功能,以及實測其應用在魚菜共生中的可行性。在前期實驗中,首先探討微生物燃料電池的最佳產電環境,並推論改變其電量的因素,分別從微生物的生長環境及裝置的設置著手,在能穩定進行產電狀態時,開始測試其降解廢水的功能,得知COD去除率可達81%,電壓值可達500毫伏特。 在實驗後期,我們架設小型的魚菜共生裝置,利用微生物燃料電池替代硝化池,取代其降解功能,並將其產出的電力再回饋到魚菜共生中,顯示微生物燃料電池結合魚菜共生系統,的確是一個節能、環保又符合經濟效益的方式。

過氧化鈦應用於檢量線及光觸媒之合成

安一直是當前重要課題。本研究為了偵測殘留的鹼性魚浮靈,利用檸檬酸鹽做為緩衝液,製作Ti4+-H2O2檢量線系統,除了可以用來快速定量殭屍蝦是否超標,實驗亦將其應用於鑑別本研究自製光觸媒分解魚浮靈的效能。 為了實際解決被檢驗出的殭屍蝦問題,實驗開發雙氧水共熱方法來製作二氧化鈦,以硫酸鈦作為水相鈦來源,並尋找最佳的檸檬酸添加比例來合成,實驗發現:在製程中添加檸檬酸有助於製作效能更好的光觸媒,分解水中的過氧化氫更加快速。實驗也進一步探討了過氧化氫的分解級數,實驗發現魚浮靈一旦殘留在水中,會存在較長一段時間。 實驗也測試了製作魚浮靈檢驗試紙的可行性,肉眼的偵測極限可及6ppm左右。未來可望整合這些技術,為環境盡一份心意。

Combinatorial Properties of Non-isomorphic Caterpillars

一個連通圖其結構中若沒有包含任何的圈,則將此圖稱為樹狀圖(tree)。若樹狀圖T的頂點v滿足d(v)=1,則 即為 的『葉子點(leaf)』。將一個樹狀圖中以一筆不間斷經過最多頂點的路徑,稱為『主幹』,若此樹狀圖滿足所有的leaf皆與主幹上的點相連,則特別將此樹狀圖稱為『毛毛蟲圖(caterpillar)』。本文的研究是對於有n個頂點,k個leaf的毛毛蟲圖,在不同構的情況下,探討各類毛毛蟲圖的結構變化、對偶關係,在數量上建立遞迴關係、探討組合意義以及相關的應用。

二硫化合物交聯核酸在癌症藥物的應用

化療為癌症主要的治療方式,對正常細胞常造成副作用。為了讓化療藥對癌細胞具選擇性,利用希夫反應的原理,將核酸的醛基和二硫化物的一級胺形成共價鍵結,來設計本實驗。先用鹽酸讓核酸露出醛基,再和二硫化物的一級胺進行交聯。因為癌症細胞內的穀胱甘肽量高於正常細胞,可催化二硫化物的雙硫鍵,使其斷鍵,而釋放出裡面包覆的化療藥。搭配乳化反應,藥物載體在電子顯微鏡下為球型,粒徑是 55.89~115.7奈米,界面電位呈現負電。隨著 pH 值 3 往 10 變化,粒徑有變小和電位變更負的趨勢。載體在與兩種正常細胞共同培養後,呈現高存活率,顯示對生物體無毒。在模擬癌症的微酸環境中,二硫化物載體,相較於對照組,可釋放較多的化療藥。

小圓點的百米賽跑-界面活性劑於水面之擴張探討

本實驗探討界面活性劑於水中的擴散情形,取各濃度界面活性劑溶液滴入水中,並紀錄漂於水面之塑膠圓片的運動再透過tracker軟體進行分析。由數據結果得知,界面活性劑於水面上的擴散速度與濃度無關,其擴散是以水面上一層薄膜的方式擴張,故擴散後中央區濃度幾乎不變且會不斷擴張直至整個表面,但擴張過程其邊緣仍會有短距離的濃度稀釋區域。漂浮物僅有極短的加速時間,乃因界面活性劑擴張速度快於漂浮物的移動,故在啟動後不久物體便被界面活性劑超越並進入中央濃度不變區而無法再加速。不同濃度對相同距離之漂浮物所造成的初期加速度、所達極速及到達極速所需時間差異不大,可推測各濃度擴散至相同遠近時其濃度梯度相近且梯度區域寬度亦相近。

亂中有序—鈍體撞擊流場之渦流與亂流交互作用機制探討

流體力學與人類許多空中交通運輸工具的設計息息相關。本研究使用與空氣黏度相近的肥皂泡膜模擬空氣流場,利用泡膜因薄膜干涉產生色彩的「流場可視化」特性,統整、歸納鈍體撞擊流所產生渦流的變化。藉由設計實驗,將連續錄製的影像匯入軟體分析,發現渦流因泡膜在不穩定流場下受高、低壓差影響,導致次渦流的形成;渦流脫落鈍體後運動的加速度值恆定;主次渦流分離時,恰與渦流脫落木棒的時刻相同,並渦流形成的時間愈長,面積愈大,而渦流脫落後其面積變化趨於平緩;雙渦流與單渦流運動的加速度值比為根號2,推得能量差為2倍。

銑床六面基準加工類比數位化之研究探討

銑床基礎加工實習,技術層面著重於六面體銑削。如何將六面體相臨兩平面間垂直精度建立,決定了工件後續尺寸控制依據。 實習老師指導我們對銑床主軸中心、虎鉗鉗口固定面、虎鉗底面校正,旨意建立材料置位對應虎鉗夾持角度對合關係;問題是實作上我們無法重現精確達成。依功能性分析發現關鍵在於夾具、工件、軸系三者間無法快速定位校正問題!本研究創新方式是設計增加可重置夾持單元及類比轉數位角度控制單元,以銜接置換維度方式進行定義”固定件位置”,快速獲取重置加工基準面趨近一致於機台軸系方式,有效解決人為校正操作技能不確定性。

硫酸銅廢液的回收探討

化學工業廢液的排放在現今工業發展盛行的國家是不能忽視的問題,而廢液的回收也是近年來熱門的的研究課題,又因為有機溶液能使離子化合物析出,所以我們利用此特性來討論其析出的情形。 我們研究探討有機溶劑(乙醇及丙酮)在不同的劑量、不同溫度、不同酸鹼物、使用兩種溶劑、和濾液再次使用的情形下,加入到硫酸銅溶液中析出硫酸銅,並找出析出率最好的數據,再進行不同變因的改變,來找出析出效果最佳的實驗數據。 其中我們觀察到在使用的溶劑中,乙醇在低溫下析出硫酸銅的量會最多,較丙酮佳,且乙醇對環境造成的傷害也較低。 我們期望能找出環保、快速且有效的回收方法,回收有機廢液中的離子化合物,來有效改善化學工業排放廢液的環境問題。

面面俱到-利用震源分布建立斷層面

為了降低鑽探所耗費的資源和資金,我們開始思考如何運用低成本的方式去呈現地底下的世界,發現可透過地震震源迴歸出板塊隱沒帶,萌生出運用地震震源計算斷層平面的方法,因此我們用「2018/02/08吉安地震」、「2022/09/17關山地震」、「2022/09/18池上地震」、「2022/09/18富里地震」、「2022/06/25 光復地震」、「2018/02/06花蓮地震」這六個地震為參考資料,並且使用Python-sklearn中的LinearRegression函數建立線性迴歸模型且使用 fit 函數對模型進行訓練,最後用3D列印的方式呈現出花東縱谷與中央山脈斷層的差異,可發現兩斷層皆為南北走向,花東縱谷斷層的角度為68-54度,且由北到南傾斜角度漸漸趨緩,但皆為東傾,而中央山脈斷層則為西傾,角度皆在60度左右。

溫度對鈷黃變色的探討與應用

本實驗最一開始主要是探討鈷黃的顏色變化原因,我們想到改變鈷黃顏色的主要要素為加熱時間、加熱溫度和加熱的鈷黃量,我們加熱的方法主要是用加熱板,將鈷黃平均整齊的放置在加熱版上,溫度計放在加熱板旁。而做完實驗、觀察及測量後我們發現,加熱時間改變並不會導致顏色的改變,而加熱的鈷黃藥品量做出調整後,顏色也不會改變,鈷黃主要變色的原因,便是鈷黃本身受加熱溫度的改變,因此我們想要將它運用在生活中的各個地方,顏料能作為在防偽顏料,將其加熱就能改變畫中用鈷黃作為原料的黃色顏料,轉換為橘色。或是當作警告用試紙,也就是我們要做的排氣管的檢測,甚至我們把它當作電烙鐵的警示用品,用途多樣。