全國中小學科展

高級中等學校組

多孔隙有機金屬框架材料高效延長驅蚊成份釋放之研究

本研究採用綠色製程合成MOF:UiO-66-NH2、MIL-100Fe,雙溶劑置換移除客體分子後以HEVA提升晶性。高溫和長反應時間可提升UiO-66-NH2產率,但超過20小時產率差異小;劑量等比例增加時產率下降,高劑量使反應系不均而降低產率;合成時先加EtOH再加ZrCl4可減少受潮分解而提升產率。IR測定確認Icaridin才有的C-H特徵峰,證實UiO-66-NH2對Icaridin具吸附性。TGA測試出UiO-66-NH2吸附Icaridin後熱損率相較於純UiO-66-NH2變低,佐證其吸附性。TEM檢測證實主客體分子作用具分子自組裝現象。NMR製作檢量線估算MOF洗脫液中防蚊成份含量,發現UiO-66-NH2對Icaridin的吸附性優於其他防蚊物質。BET測試UiO-66-NH2具高比表面積和大量微孔結構,適合吸附實驗。散失試驗證明MOFs能高效延長防蚊物質釋放,MOFs散失防蚊物質主要是物理散失。

微控制器智慧之旅ㄧ8051與深度學習

本研究旨在將AI深度學習應用於8051開發板的數字辨識,希望在低功耗的情況下進行AI實作來達到環境保育的目標,探討在硬體受限的情況下如何操縱硬體並使用Python進行參數訓練。通過對不同層數和學習速率的實驗,我們發現兩層層數和0.01的學習速率能取得較好效果。在模型訓練中,我們運用了Cross-entropy計算Loss值,並探討了不同Learning rate對Loss值的影響,以及不同Layers對Loss值的影響。此外,我們還討論了深度學習與機器學習的差異,並介紹了8051開發板的基本原理和應用。未來,我們將繼續改進模型效能和準確性,並優化硬體設計和性能,以應用深度學習技術於更廣泛的領域。

探討聖嬰現象對黑潮的影響

本研究探討聖嬰現象對黑潮的影響,地域聚焦於北緯20度至25度、東經120度至126度的台灣周遭海域。將流速最大軸定義為黑潮主軸,分季節討論黑潮主軸離岸距與聖嬰指數的相關程度,考慮季風、地形、渦旋等變異因素,也計算迴歸直線方程式進一步建立關聯模型;討論黑潮主軸流速和聖嬰現象的關聯,藉相關係數與外部環境因子觀察。後發現聖嬰現象與黑潮主軸離岸距、黑潮主軸流速皆有所相關,相關程度在年際變化上不甚明顯,而是因應季節與緯度變化有不同程度的相關。

探討光刻機鏡面陣列對於效能提升之潛力

為突破摩爾定律限制,提升光刻機效能成為晶片製造領域的重要課題。本研究旨在利用「鏡面陣列」降低光強度散失以提升光刻機效能。實驗中以光譜儀測量光源經凹面鏡及平面鏡反射後的光強度和光點面積,並將數據標準化。結果顯示平面鏡光強度隨數量增加線性下降,凹面鏡則為指數下降,且光強度散失自第六面面鏡始小於平面鏡。在包含平面鏡與凹面鏡的陣列實驗中,先以七面平面鏡搭配一面凹面鏡,測量不同位置的光強度,選出最佳組合,再逐步以凹面鏡替換平面鏡。結果顯示光強度最強的組合為「平平平平平凹凹凹」,因此並非使用越多凹面鏡就能提高效能。未來研究可從最佳組合出發,改變塗層材料、鏡面面積和曲率等變因,進一步提升光刻機效能。

探討校園樹木固碳力-量化統計樹木固碳量與碳吸存效率之研究

本研究針對校園樹木分析其固碳能力,透過生長量法測量全校樹種的固碳量,並利用光合作用法分析苦楝與毛柿在不同季節的碳吸存效率。結果顯示,全校927棵樹的總固碳量達197.36噸,等於723.65噸二氧化碳當量,且固碳能力集中於榕樹、木賊葉木麻黃、印度紫檀及印度橡膠樹等(佔61%)。未來校園植樹應考量速生與長壽型樹種的組合,以兼顧短期與長期的固碳穩定性。光合作用實驗發現,苦楝及毛柿皆於夏季有最高之碳吸存量,而苦楝在全年之總吸存量較毛柿多,但是季節變化幅度較大;相較之下,毛柿全年皆維持較低但穩定的固碳效益,且單位面積之碳吸存量亦較苦楝高。最後調查並計算全校之電力排碳量並分析碳中和情形。

應用於海水環境中稀土元素電化學沉積之機制探討與效率優化研究

現代工業對稀土元素需求增加,主要有兩種來源:稀土礦物的開採會產生大量廢棄物,對環境造成污染;回收稀土元素的主要來源是從廢棄的電子產品,添加有毒和放射性的酸洗液。相比之下,海水中的稀土元素也是個近年正在發展的回收來源,具有潛力的電化學沉積法具備選擇性、低能耗與環保優勢。本實驗利用電化學原理,從低濃度硝酸鈰溶液中沉積稀土金屬,探討不同條件、電極的影響,再以EDTA滴定測定鈰離子濃度變化以計算電化學沉積效率。最後在以氯化鈉水溶液模擬海水測試。 實驗發現,添加25mg硝酸鉀使用表面積大的碳氈、10mA電流電解並攪拌能成功沉積出鈰金屬氧化物,最後成功在模擬淡海水溶液中沉積出金屬,表示其應用潛力。

臺灣東部群震週期與大地震機率的分析

本研究使用1973-2023年地震數據,以DBSCAN進行臺灣東部、東北部及選定區域的群震分群,自相關分析及傅立葉變換探討其週期性,核密度估計推測群震後發生大地震的機率,並以群震及大地震數據擬和方程式。結果顯示選定區域群震空白期為9.28年,群震週期為6.18年;東北部群震空白期為13.35年,週期無法確定;東部群震週期為7.27年,空白期無法確定。選定區域、東北部及東部群震後200天內發生大地震的機率分別為9.86%、12.06%及6.41%。方程式顯示選定區域及東部內群震總能量與群震和大地震時間差呈負相關,東北部為正相關。將三區域2024年的群震及地震數據代入方程式,最佳標準化殘差值分別為0.15、-0.01及-0.93,方程式具預測價值,但仍需更多數據支持。

運用主成分分析探尋宇宙中的互繞雙類星體

探尋互繞雙類星體是天文研究中重要的課題,互繞雙類星體是星系合併的產物,也是產生重力波的來源之一,研究其性質能使我們了解星系合併的機制,而光譜是最直接研究的面向。雖然目前已經有大量數據,但相關的研究並不多,雙類星體的性質研究也尚不成熟。在本研究中,我們發展出能從類星體光譜數據中尋找雙類星體的方法,並進一步探究其性質。本研究運用機器學習中的主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)擷取雙類星體的特徵光譜,結合PCA係數分析、最鄰近搜索和支援向量機(support vector machine),精準的篩選雙類星體。我們將此方法運用在Sloan Digital Sky Surveys所提供的類星體光譜資料庫,找出並匯集約500個新發現的候選雙類星體,並使用此數據進一步探索目前未被發現的雙類星體物理性質。

福木葉萃取液相剋作用現象與影響抗氧化酵素活性之探討

本研究探討菲島福木(Garcinia subelliptica Merr.)相剋作用之可能機轉。研究發現福木葉萃取液(以下稱萃取液)抑制大花咸豐草(Bidens pilosa L.)種子萌發、苜蓿(Medicago sativa L.)種子萌發與幼苗高度、根的生長、總葉綠素含量。短期接觸測試總抗氧化酵素(total anti-oxidant enzyme, TAE)活性實驗中,接觸10分鐘抑制大花咸豐草TAE活性,接觸30分鐘則促進苜蓿TAE活性。進一步發現,連續澆灌萃取液2-4天會抑制大花咸豐草TAE活性,澆灌6、12天,促進TAE與過氧化酶活性。澆灌苜蓿6天後抑制其過氧化酶、但促進TAE 活性,澆灌12天則促進此些酵素之活性。綜上所述,福木葉萃取液對實驗植物種子萌發、幼苗生長具相剋作用,長期澆灌12天後抗氧化酵素活性均上升,顯示實驗植物均啟動逆境防禦系統以因應福木葉萃取液造成的氧化逆境。

智伴共創學習動機

本研究設計一般聊天機器人與諮商聊天機器人,以提高學生的數學自我效能,藉此增進學習動機。 本研究採用準實驗設計,研究對象為國中、高中生共297位(137位男性、160位女性)。參與者經由隨機分配進入一般聊天機器人(實驗組A)、諮商聊天機器人(實驗組B)和無使用聊天機器人的控制組C。三組都接受數學自我效能量表的前測、後測,實驗組需填答聊天機器人滿意度量表。 研究結果顯示:就全體樣本而言,一般聊天機器人可顯著提升學生的數學自我效能;高中組樣本發現,一般聊天機器人和諮商聊天機器人都能顯著提高學生的數學自我效能。 未來研究方向包括:匯入更多心理諮商文獻且改善應答方式,應用於青少年心理健康上的提升。