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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。

一點一滴――以水滴撞擊液面的動態過程探討水滴斷裂之機制

本研究將水滴撞擊液面的動態過程分為三個階段:水滴撞擊液面形成水窪、水窪形成水柱以及水柱分裂為水滴,在此三個階段,我們皆找出了良好的量化關係。根據我們推導的公式可看出,水滴撞擊液面速度愈快則水窪則愈大,且水窪形狀皆相同。水窪愈大則會形成初速度較慢且較粗的水柱。在水柱分裂為水滴的機制探討中,我們發現分裂的水滴可分為三種,分別為噴射水滴、滯留水滴、凹陷水滴,其中噴射水滴僅在撞擊速度慢時出現,而滯留水滴與凹陷水滴涵蓋近所有撞擊速度。最終,我們找到了噴射水滴斷裂高的預測公式,故可利用撞擊水滴的物理性質,精準預測噴射水滴的出現與否,且與實驗數據極為相近。

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。

牛樟芝萃取物改善糖尿病性視網膜病變──以果蠅實驗模型為例

糖尿病性視網膜病變(Diabetic Retinopathy,以下簡稱DR)是糖尿病主要的併發症,是造成後天性失明的主要原因。我國含有高糖的飲品在年輕族群盛行,可能是造成糖尿病罹患率年輕化趨勢的原因,這是我們中學生必須關心與解決的切身問題。本研究發現牛樟芝萃取物在視力功能上能夠改善糖尿病性視網膜病變果蠅的趨光能力與視網膜電位;在視網膜形態學(morphology)上,複眼結構及光感受器排列可被觀察到由凌亂漸趨完整。在粒線體(mitochondrion)與蛋白表現上,能避免粒線體受損,維持粒線體數量和能量代謝,並降低細胞凋亡(apoptosis)相關指標如cytochrcome c和cleaved-caspase 3表達,同時也促進抗氧化因子(antioxidants)如Catalase和SOD1表達,顯示牛樟芝萃取物具有改善DR的潛力。

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。

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。

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。

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。

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。

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。