全國中小學科展

高級中等學校組

美美之光-利用原住民特色染料改善染敏電池的發電效率

本研究源於對阿美族傳統服飾中使用的薯榔染料的興趣。傳統上,阿美族服飾以白色和紅土色為主,其中紅土色來自於薯榔染料。透過與長輩的交流,我們了解到薯榔染料不僅用於染色衣物和紗線,還能用於棉麻製成的魚網,增強纖維的韌性並抵抗海水腐蝕。 隨著太陽能發電技術的進步,特別是染料敏化太陽能電池(DSSC)因其製作簡易和成本低廉而受到關注。我們的研究旨在探索將薯榔染料應用於DSSC,取代或混合傳統化學染料,以期提高電池的發電效率和耐久性。這項跨領域的研究不僅致力於傳統文化的保存,也尋求可持續能源技術的創新途徑。

四方輻輳-探討正方形加權費馬點之位置變化

本研究主要在探討費馬點在正方形四頂點具有加權的狀況時,尋找隨著加權情況變化而移動的費馬點位置。我們從原費馬點研究三角形一般加權情況開始發想,將費馬點研究推廣至由正方形加權情況下的特殊化結果,利用加權的對稱性,來解得不同加權情況下的費馬點位置,也利用偏微分和物理觀點證明了一般正加權情況下的唯一性。最後,我們將研究推廣至負加權的情況,並找出特定加權條件下,存在費馬點的條件。

外來入侵種植萃物對果蠅忌避效果之探討

萃取四種常見且具有驅蟲效果的外來入侵種植物:馬纓丹、紫花藿香薊、大花咸豐草以及小花蔓澤蘭,配合果蠅喜愛的果物—香蕉,模擬家中果蠅受果香吸引的環境,初步了解這四種常見的外來入侵種驅趕果蠅的能力。接著利用氣相層析質譜儀的分析中,我們發現紫花藿香薊與小花蔓澤蘭具有氣味分子─2-Hexenal;再利用ATR-FTIR分析出馬纓丹與大花咸豐草具烷類與醛類的訊號;最後利用果蠅迷宮實驗發現果蠅會避免前往放置紫花藿香薊與小花蔓澤蘭的區域,用以說明紫花藿香薊與小花蔓澤蘭對果蠅具有一定的忌避效果。期待找到外來入侵種利於人類生活的用途,達到外來入侵種的危害防制,更期待可以開發出外來入侵種植物的經濟價值。

新型碳點微胞作為金屬離子的回收與應用

本研究以Marquis試劑修飾碳化韭菜籽萃取物微胞,成功合成出新型的碳點微胞M-CLSEMs,其表面有豐富的官能基,在修飾磺酸根後於水中的分散性與穩定性佳,並有激發波長相關光致放光之特性相似碳點。M-CLSEMs有效回收多種重金屬離子,對於鎳、鉛、鐵、鉻與金離子有將近100%的極高回收率;銀、鈷、銅、鋅、鋁與鈀離子也有70%以上的回收率。M-CLSEMs可作為還原劑與穩定劑,透過快速、綠色合成的方式製備出水相及有機相的金和鈀奈米粒子,並成功進行4-硝基苯酚的催化還原反應。未來將可嘗試利用M-CLSEMs合成出不同的金屬奈米粒子,運用於有機金屬催化、汙染物的降解、抑菌、癌症治療等方面。

多組學分析確定STING1為膀胱癌的預測因子

全球每年約 165萬人罹患膀胱癌,其中死亡人數高達20萬,為癌症相關死因中第九名。手術治療後的五年內復發率高達31%至78%,造成健保極大負擔。本研究決定從傳統生物學轉向生物資訊學,透過基因多組學分析來診斷癌症。STING1(干擾素反應刺激物cGAMP交互作用子1)能編碼跨膜蛋白,主要調節細菌與病毒感染的先天免疫反應。因此,本研究用GEPIA2、UALCAN、cSurvival、與UCSC Xena來探討不同表現量與存活率的關聯,用cBioPortal來進行基因變異分析,用STRING、GeneMania和TIMER2.0來確定STING1與基因的交互關係,用LinkedOmics與Gene Ontology進行了基因富集分析,用TISIDB與TISCH1評估STING1在腫瘤環境中的作用。從此尋找到明確的預測因素、理解 STING1在BLCA中的潛在機制,為BLCA開闢新的治療標靶療法。

自製分光儀原理及其應用

當代科學研究中,分光儀已廣泛應用於諸多領域。然而其高昂價格往往阻礙了們親近科學的想望。因此,本研究以三稜鏡等平價材料,結合Tracker Video Analysis and Modeling Tool軟體製作分光儀,並應用於分析領域。熱力學方面,成功測得鐵III離子與硫氰根離子錯合反應之平衡常數;化學動力學方面,成功測出碘鐘反應之速率定律式,並求得其活化能。實驗結果與先前研究文獻相當接近。雖然本研究自製分光儀在觀測範圍、精確度等面向遜於專業分光儀,但其簡易的操作程序與準確的實驗結果仍印證了其實用性與可靠性。換言之,本研究從低成本材料出發,以當代普及科技為支點證明此模式能夠槓桿出許多應用。

建立大生熊蟲檢測硝酸鹽模式

本研究以大生熊蟲(Macrobiotus sp.)為對象,建立其自體螢光檢測硝酸鹽模式,可以解決使用大生熊蟲檢測硝酸鹽時活動與隱生狀態難以判斷的問題。在建立此模式的過程中,嘗試利用雷射與LED激發大生熊蟲自體螢光,與濾光片阻隔激發樣本後反射光效果,由於雷射與LED照射樣本後都是反射光,導致無法成功分析大生熊蟲自體螢光,本研究使用相機濾片、偏振片壓克力板,嘗試解決此問題,濾片結果以壓克力板阻擋激發光照射樣本後反射光效果最佳;目前利用倒立螢光顯微鏡確認大生熊蟲可利用活動與隱生狀態下自體螢光相對強度差異檢測硝酸鹽濃度,檢測範圍可在 0~312 mg/L NO3--N (R2=0.9016)。未來將探討大生熊蟲自體螢光激發機制,並探討哪些物質會影響自體螢光的表現,使檢測模式更加完善。

內切圓半徑與分割點的幾何探索

本作品靈感來自於其中一題日本算額問題(Sangaku problem)。該題是將一正△ABC的三邊上依固定比例各作其內分點,並由三頂點與各邊內分點連線段,此三線段會將△ABC被分割成四個三角形(如圖二)。本研究改變其分割方式,研究題目為:在△ABC中,L、M、N分別為 ̅BC、 ̅AB、 ̅AC上一點,若△AMN、△BML、△CLN之內切圓半徑相等,則△ABC內切圓半徑等於△LMN內切圓半徑加三等圓半徑。此外,本研究找到△ABC各邊上三點L、M、N的相對位置,並透過二次體擴張的概念說明L、M、N三點的相對位置是能夠利用尺規作圖實現的。最後也計算當△LMN存在時,三等圓半徑(r)的上界。從上述的分割三角形的方式擴展至正n邊形時,也將原先在ABC中的分割手法延伸至正n邊形和正四面體進行研究。

彎月形冷卻增幅器

全球碳稅、碳權、碳交易即將推行勢必對國家及企業產品貿易額造成衝擊,台灣位於亞熱帶又因溫室效應增加全台用電量造成碳排放亦加劇。然而,台灣屬於貿易出口的國家若沒有做好減碳問題將對企業產品徵收稅。 因此,本研究利用石膏粉來製作冷卻管的主要材料,裡面還加了硅藻土來增加我們的吸水性及蒸發效率。將冷卻管設計成二種型式的冷卻增幅器,一個是嵌入 式、另一個是堆疊式。將這二種冷卻增幅器配置在小型空調系統的冷凝器進風口處進行降溫。結果發現,使用堆疊式冷卻増幅器效果較好,與未使用的系統耗電量差10瓦以上。

非對稱反摺溝槽陣列過熱表面之液滴自推性能及冷卻效率

工業中時常會運用噴霧冷卻(圖0.1),以液滴的潛熱變化冷卻高溫表面。因此為了提升高溫噴霧冷卻的效率,本研究基於過往文獻與(Hsu,2023)共同研究微奈米結構表面ARG上液滴的碰撞運動,並由實驗推論高溫表面蒸氣層和氣泡推力的作用。接著由單一液滴碰撞實驗推導實驗和理論受力模型並進行比較。最後進行單一液滴冷卻實驗並推論連續液滴冷卻實驗結果。本研究發現ARG表面的各運動特性均優於文獻,且利用液滴的受力更全面地了解液滴運動和冷卻效率的關係,更在最後驗證其冷卻效率優於對照組,並發想探討連續液滴冷卻的實驗方法,以更貼合工業上實際的噴霧冷卻。經過此研究,ARG表面能夠實際應用於工業上高溫表面的噴霧冷卻。