全國中小學科展

高級中等學校組

金枝綠葉-綠色能源之探究

生質酒精之酒精濃度、溫度、糖度及pH值都會影響或抑制酵母菌的發酵。以廚餘米飯來製備酒精最佳重量比例為酵母菌:米飯:水=1:100:100,環境條件為pH=6、溫度25℃為佳;有些水果成分中含有抑制發酵之成分,故不是每種水果皆可發酵酒精。甘蔗實施三次蒸餾後酒精度可達70%,最佳重量比例為水果酵母菌:甘蔗汁=1:50,環境條件為pH=6、溫度15℃為佳;茶葉酒精則以發酵度較少之茶葉與其梗為原料較佳,茶葉之枝比葉好-金枝綠葉,前處理以0.5%KOH加5%Ca(OH)2在60℃超音波震盪1hr後以微波加熱90秒,再加入硫酸調至pH<1,超音波震盪1hr再放置24hr以上等步驟為最佳前處理水解糖化程序。

一步合成碳奈米複合材料與奈米碳管應用於超級電容電極修飾

本研究以高溫鍛燒的褐藻酸鈉鹽與亞硫酸銨混合粉末作為電極修飾材料,並與多層奈米碳管(CNT)混合後,附著於碳紙極電板上。修飾材料中推測含有碳奈米纖維與碳量子點,其表面具親水性的含氧官能基,可提高CNT在水相中的分散性;而碳奈米纖維則推測可增加材料的機械強度,提升電極可撓度。研究藉由調整鍛燒溫度和氮材合成比例,探討不同變因下製造的材料對電容效能的影響。得知最佳合成條件為:褐藻酸鈉鹽與亞硫酸銨1:1(重量比)、鍛燒溫度為160℃下製作出來的電極修飾材料,可以有實驗材料中最高的比電容值162F/g,大幅提升了奈米碳管的比電容值(對照組64F/g)。期待未來能實際運用於電能儲存裝置上,或搭配電池應用於可撓式電子產品。

探討植物葉片的清潔功效與環境友善效益

本研究想藉由探討野外常見多毛植物葉片:大花咸豐草、構樹與血桐,是否具有去除食用油汙之功效,期望能找到對環境更友善的清潔方式。透過多套自創物理裝置與常見化學檢測的試驗,我們發現受測植材普遍對於油汙的物理性吸附效力與速率都比一般清潔用品還要更好,且葉毛越長越密的植材、物理性除油力越強;所檢測的植材中也都具備乳化油汙的化學性除油功效,雖然乳化力不若清潔劑佳,但在環境影響評估實驗中,植材清潔後所產生的汙水對指標生物『水蚤』的生存影響性遠小於清潔劑或茶籽粉所造成的傷害。這顯示野外隨手可得的多毛植物葉片,不僅能達到有意義的去油汙功效,對於環境的友善程度亦有較佳的效益。

基於深度學習卷積神經網路的垃圾分類裝置研究

垃圾分類是環保重要的議題,本研究提出一個自動辨識垃圾分類的裝置,透過深度學習卷積神經網路來進行分類辨識演算,特別是直接透過影像辨識垃圾物件外觀,均有良好的效果。經測試,本系統已能有效分辨垃圾物件,在神經網路模型的評價中,平均mAP 為 0.973,而針對實際垃圾物件進行辨識,在固定外型的垃圾物件中辨識率達98% ; 而在包括形變的垃圾物件中辨識率仍具95%;本研究證明利用卷積神經網路直接辨識垃圾物件具備一定的辨識率,若進一步發展有機會優化網路效能及辨識程式運作效率,可大幅度降低硬體的成本,擴大提升垃圾桶具備垃圾辨識的能力並進一步普及化並結合物聯網、雲端技術及智動技術擴大垃圾分類自動化的可行性,為地球環保盡一份貢獻。

點水蜻蜓款款飛—以泡膜研究蜻蜓拍翅的流場模式

對飛行的興趣源於宮崎駿電影「天空之城」,電影中之鼓翼機有著蜻蜓的翅膀,親自探討後,反而引起我對流場可視化方法的興趣,經研究決定以泡膜研究主軸,設計實驗使用自製泡泡水、簡易拍翼機及定速滑軌進行實驗,實驗後發現泡膜黏滯係數與空氣相似,所以可以以泡膜模擬空氣流動情形,然後使用泡膜研究蜻蜓懸停及飛行、滑行時翅膀拍動造成的流場變化,比對研究結果與煙流研究結果之差異。將拍翼機以不同方向置入泡膜進行實驗並錄影,再用Image J分析影片中泡膜顏色,用Excel計算泡膜厚度後,以Matllab得到厚度圖並計算流量,了解氣體流向。未來希望可以將此研究方法應用於更多流體力學研究。

以衣藻探討DEET對環境初級生產者的影響

環境中有許多「新興汙染物」,防蚊液的有效成分DEET便是其中一種。過去對DEET的研究,以動物與人類細胞為主,較少關注藻類。藻類是水域的初級生產者,是消費者的食物來源,對環境來說相當重要。本研究以模式生物衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)進行實驗,探討DEET對環境初級生產者的影響效應。結果發現:1. 加入最高濃度768mg/L的 DEET,至多3小時,細胞就會增加ROS。2.加入DEET後,至多5小時,細胞鞭毛會變短甚至消失,以至於影響細胞的行動力。3. DEET濃度192mg/L以上,衣藻細胞72小時的急毒反應會出現明顯的生長抑制狀況。本研究同時也比較細胞壁的有無與DEET影響的關係,發現細胞壁有利於提高衣藻對於DEET的耐受度。一般文獻對細胞壁與汙染物毒性之間關係的探討較少,這是本實驗的重要研究成果。

開拓你的國際視野:論文化刺激、文化智商與個人因素之影響

本研究的目的為探討文化智商(CQ)、文化刺激、個人因素與國際地理知識之間的關係。本研究以便利抽樣的方式以台灣北、中、南三區普通高中的學生作為研究樣本發放紙本以及網路問卷,各發放1個月,紙本問卷北中南共回收364份有效紙本問卷,網路問卷則回收137份問卷,總共回收有效問卷數為501份。資料以描述性分析、差異分析、相關分析和迴歸分析進行變項之間的關係探討。研究結果顯示:國際地理知識會因個人文化智商、文化刺激分數的高低而有不同。且國際地理知識與自評英文能力、年齡、文化智商、文化刺激呈正相關。文化刺激與文化智商皆對國際地理知識有正向影響。最後,本文提供研究討論、結論、與研究限制以供讀者參考。

明礬很糾結

十二水合硫酸鋁鉀(KAl(SO4)2.12H2O),又稱明礬,溶於水會解離出鋁離子,而鋁離子與水結合後會生成氫氧化鋁(Al(OH)3),此為膠狀物質,能與溶液中的細小雜質膠結,並沉降至底部,最後將吸附著雜質的氫氧化鋁濾出即可達到淨水的效果。我們分別設計了五個實驗,利用二氧化矽當作模擬汙染物,探討所設計的變因如何影響明礬淨水的效果,我們以整體水溶液的透光程度(單位為 Lux)作為判斷依據,此外還利用顯微鏡圖像觀測特定高度之水溶液的顆粒變化情形。

天外棲雞-改良式棲架與雞隻生長之關係

近年來人道飼養強調在畜舍內提供棲架給雞隻使用,研究發現提供棲架可改善增重、減少打鬥及增加飼料轉換率,故本研究改良普通棲架,將其與飼料槽進行結合,使雞隻於棲架上方休息時也可採食,改善雞隻使用棲架時無法採食的缺失。 本研究實驗為三重複,以下皆以實驗一、二、三表示,實驗一、二雞隻數目皆為200隻,實驗三則為400隻,並隨機分為四組,四組設計項目分別為:第1組無設置棲架、第2組有設置棲架、第3組設置改良式棲架且棲架上及下皆設置飼料槽、第4組設置改良式棲架僅棲架上有飼料槽,並研究四組雞隻的體重、增重、採食量、飼料轉換率及各組飼養成本等相關問題。 三重複實驗發現第3組無論體重、增重、採食量、飼料轉換率及飼養成本皆優於其他組別,同時也發現第1組無棲架者,即最普通的養殖方式在各方表現皆最差,總之棲架效果以改良式棲架最佳,普通棲架次之,無棲架為最差,未來期望能將改良式棲架與機械化給飼系統進行結合,使其更加便利,並對畜牧業有所貢獻。

視覺訊息與精選熊蜂學習行為的關係

本實驗藉著給予精選熊蜂不同視覺訊息以了解其學習行為,並驗證臺灣精選熊蜂(Bombus eximius)是否也能像國外的歐洲熊蜂(B. terrestris)一樣具有學習更複雜行為的潛能。臺灣精選熊蜂最偏好藍色、直徑3.2cm的花。接著藉不同視覺訊息理解其學習行為,發現經訓練後,受顏色刺激前往較不偏好人造花的比例高於尺寸的刺激(顏色:94.92%、62.5%,尺寸:37.07%、36.84%);在認知回復方面,因顏色刺激產生的反應改變較快(顏色:75.53%、41.53%,尺寸:8.78%、13.76%),說明熊蜂對顏色刺激較敏感,且其對顏色刺激的認知改變較快,有較明顯學習行為。在驗證精選熊蜂能否學習更複雜行為實驗中,發現精選熊蜂能透過人為訓練學習複雜行為。綜上所述,期望能對熊蜂學習行為更深入了解,將其應用於農業。