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高級中等學校組

溫「暖」「釉」美麗-利用廢棄暖暖包製備陶瓷釉藥及建材再生利用之研究

本研究探討廢棄暖暖包回收作為陶瓷釉藥及建材的可行性。暖暖包使用後主要成分為鐵氧化物。Fe₃O₄、Fe₂O₃),經水洗、磁性分離與高溫燒製回收後應用於陶瓷釉藥。水洗階段以濾紙抽氣過濾法可有效去除氯化鈉(NaCl),回收率達80%以上。XRD分析顯示,回收物中以γ-Fe₂O₃為主,證實回收後具釉藥著色潛力。釉藥燒製測試顯示,回收物取代35%至70%氧化鐵可維持穩定色澤,超過50%部分試片出現縮釉,經溶劑處理可改善。所有試片莫氏硬度為6~7,符合CNS建材標準。耐酸鹼測試中,跟市售的磁磗總色差無差異,具穩定色澤與耐腐蝕能力。防滑測試結果顯示乾濕狀態下皆具良好摩擦係數,吸水率亦符瓷質面磚規範。廢棄暖暖包可成功再利用於陶瓷與建材,兼具環保與經濟價值。

「滲」機「薄膜」──探討鐵鈷鎳氧化物在滲透蒸發薄膜上的效果

本研究利用合成三種金屬氧化物Fe3O4、Co3O4、NiO,藉由改變摻入海藻酸鈉薄膜的比例以提升四氫呋喃(THF)去除率。先改變海藻酸鈉比例進行實驗,得到3 wt%的海藻酸鈉為最佳薄膜條件。再合成三種顆粒並鑑定顆粒特性。再將顆粒摻入海藻酸鈉薄膜,鑑定薄膜的親水性。又以90 wt%的 THF 為有機染料進行滲透蒸發實驗,改變時間後,選定 6 小時為實驗的控制時間。接著用摻入不同氧化物的薄膜進行滲透蒸發,探討何者除去THF的效果最佳。當中以Alg/1%Co3O4 的效果最佳,可產出純度99.96%的水。另將Alg/1%Co3O4進行以異丙醇和乙酸乙酯為有機染料的實驗,同樣有不錯的效果。

順勢而生

現有的排風設備往往受環境風向影響,導致進風量受阻,進而引發通風不足的問題。在進氣效率低落的環境中,無論是工作安全、設備運行,甚至日常生活,都可能面臨潛在風險。本創作的核心特色在於風扇能根據外部風向靈活調整運行方向,使排風設備即使在外界風場干擾下,仍能維持穩定且高效的通風率,從而有效改善傳統排風設備的局限性,提升整體換氣效能與環境安全。

探討瓶內氣壓、溫度對光穿透模擬雲照度變化之影響-以金星與地球大氣為例

本研究分為兩階段實驗,實驗一欲探討改變氣壓與溫度對瓶中模擬造雲的影響。利用鹵素燈控制環境溫度、以打氣機改變瓶內氣壓,以光感應器測量光線穿過模擬雲氣的照度變化,探討模擬造雲的光學厚度變化。研究結果發現,氣壓較大和溫度較高時,產出模擬雲氣較多。以實驗數據提出經驗式,其中以改變氣壓對光照度下降之經驗式有最佳擬合結果。本研究提出之模型經驗證,最佳可得6.91%之誤差。 實驗二則在瓶中模擬金星大氣,改變氣壓和溫度,觀察模擬雲氣的變化。研究結果發現模擬金星大氣產生之雲氣較地球大氣多,且氣壓越高、模擬雲氣較多,在剔除極端值後,經驗公式之R2值可達0.99;而氣溫越高、模擬雲氣較少。實驗二之模型驗證結果佳,誤差為0.46至22.34%。

銀河系中星團之位置分布及其特性-以自行撰寫之程式進行三維視覺化呈現

本研究以自行撰寫之程式,配合使用開放的天文資料庫,探討銀河系中疏散星團與球狀星團的分布與特性,並將其進行三維視覺化呈現。結果顯示,疏散星團成員星數量較多、年齡較小、鐵氫比較大者較為接近銀河盤面;球狀星團鐵氫比較大的星團多扁平分布在銀心附近;鐵氫比較小的星團則散布在銀暈;疏散星團有較多軌道接近正圓的星團,而球狀星團只有 9 個;兩者離地球較遠的星團普遍體積較大,且在地球相對於銀星的對側皆幾乎沒有數據點。程式所產出的結果已製作成互動式網站,期望能讓使用者更理解本研究的目的,並提升天文學習的直觀性。

反泡泡的變形之舞:拉格朗日分析看見動力系統

入射界面活性劑滴第一次觸碰水面時可能直接入水,也可能不會穿透,形成水珠,但在高度較高而使其產生液柱之後再次掉落時,某些情況會產生反泡泡,本實驗將探討其發生條件。並且研究反泡泡在水中的運動情形。首先,我們設計並建立了一套穩定產生反泡泡的裝置,以確保其生成的可控性與重現性。其次,我們透過調整內部液體的密度,探討內部液體密度對反泡泡運動情形的影響。另外我們利用生成大量反泡泡使他們發生碰撞並探討其運動方程式。

負負得正

一群人熟識彼此身分的朋友圍圓桌而坐,每個人可能是老實人(說實話),也有可能是騙子(說謊話),對於老闆的提問「右手邊的是騙子還是老實人」每個人做出回答。本文就每位顧客所答的身分進行分析,然後延伸問題,假設答題者會繼承所答的身分(我們稱為繼承身分),舉例來說:如果顧客小明的回答是老實人(騙子),那麼小明的身分在答題後就會變成老實人(騙子),接著進行第二輪答題、第三輪答題、…,重複進行下去。文中我們解出了只有當顧客人數是2k 時繼承身分才會收斂,並且證明出在第n 次必然收斂到全好人;若顧客人數不是2k 時,則會產生循環。

機器人的華爾滋—轉動角度的變化與組合對封閉圖形特性之探討

本研究的概念來自於110學年度學測數學的選填題,我們先固定原題的部分變因,探討單一方向並改變單一旋轉角度對圖形特性的影響,並試著求出角數、路徑長、面積等通式;接著嘗試多增加一個旋轉角度形成不同旋轉角度組合和不同方向的旋轉角度組合對圖形特性的影響;最後還試著改變移動距離,找出兩種移動距離組合在旋轉一圈內形成封閉圖形的特性。我們發現一圈內相同旋轉角度組合依規則分割和填補,會形成面積有固定比例的正多邊形;一圈內不論順、逆時針旋轉角度組合,周長和面積公式皆相同;兩圈以上的順、逆時針旋轉角度組合皆會產生多種類型,需要針對各類型分開考慮。

「無印良品」—雷射影印機逸散之懸浮微粒時序特徵與改善方法

雷射影印機運作時,可能會釋放細懸浮微粒與臭氧,成為人體呼吸道健康的一大隱憂。本研究將探討雷射影印機的懸浮微粒與臭氧逸散特性,測量其排放的時序特徵,企圖減少影印機排放之汙染物。我們在一密閉壓克力箱中設置家用雷射影印機並在其影印過程中透過儀器量測其汙染物的數值變化,並在過程中排解干擾數值結果的環境變因(如:水氣)。亦透過數值模擬分析懸浮微粒的擴散情形,以提供改善建議。依據研究結果,本研究確立了懸浮微粒與臭氧在影印過程中的逸散,而加裝濾網後能使汙染的情形得到改善。電腦模擬結果則顯示,影印機的設置應距離呼吸道至少0.3公尺以上,則可有效降低人體吸入PM2.5之風險。

AI與心理學的言語柔化實驗

現今網路充斥著具壓力的負面言論,影響使用者的心理健康。本研究旨在參考 C-ME 量表並整理為四大類標籤,人工分類從論壇蒐集的言論來訓練模型。研究採 LSTM、雙向 LSTM、CNN + LSTM 及 Transformer四種深度學習模型,基於自建資料集進行訓練,實現對全新言論的精準分類,並比較四種模型在精確率、召回率及 F1-score 等指標上的表現。結果顯示,LSTM處理數據不均衡的資料集時表現最佳,F1-score達89.2%。實測發現,CNN+LSTM 在預測效果上略勝 LSTM。此外,結合生成式 AI GPT-4o-mini,能有效改善不當言論,為留言者提供更委婉的表達建議。