全國中小學科展

高級中等學校組

以修飾奈米金屬之氧化銅電極催化亞硝酸鹽之定量檢測

本研究利用奈米CuBr作為前驅物置換上修飾金屬,且以電氧化法使其成為摻雜奈米金屬之氧化銅電極,用於檢測亞硝酸鹽的氧化。研究發現:自製的奈米鈷金屬氧化銅電極(Co-CuBr/CuO NPs/GCE),採循環伏安法檢測亞硝酸鹽可產生明顯氧化峰,催化且降低其氧化過電位約0.2 V,電流亦顯著提升。此電極偵測NO2―(aq)濃度範圍為50 ~ 25000 μM,靈敏度達1.94×104 μA / mg·mM。此外,在有干擾物存在時,Co-CuBr/CuO NPs/GCE偵測NO2―的選擇性極佳,應用於人工尿液的偵測極限可達10-6 M,且計時電流法濃度極限達74 μM,靈敏度極佳(2.23×104 μA / mg·mM)。本研究採用CV與CA方法確認自製修飾電極的偵測靈敏度相當且再現性佳,可有效檢測並催化亞硝酸鹽氧化,並可應用於尿液篩檢,達到簡潔永續效能。

簡易製備石墨烯量子點與應用於細胞成像之探討

我們選擇使用氧化石墨烯作為本次實驗的材料,利用強氧化劑和硫脲切割氧化石墨烯 (GO),得到石墨烯量子點 (GQDs),根據量子的尺寸效應,合成出的量子點越小,放光越藍移;量子點越大,放光越紅移。由於我們想將石墨烯量子點發光的特性應用在細胞成像,因次我們透過改變各種變因,得到放光 700 nm 的石墨烯量子點。由於紅外光可穿透較深層的皮膚,產生膠原蛋白,對於醫療上的應用有極大潛力,我們將合成出的石墨烯量子點加入海拉細胞中,使細胞產生胞吞作用,並且比較四個不同樣品,GQDs 20 min、GQDs 1 hr 30 min、GQDs 20 min + biotin、GQDs 1 hr 30 min + biotin,透過儀器鑑定得知細胞對 GQDs 1 hr 30 min + biotin 的接受度較高,再將獲得的結合石墨烯量子點的細胞應用在細胞顯影上。

黏滯流體與固態粒子對馬克士威爾滾輪的物理影響及探討

將不同填充比例的黏滯流體放入直徑9.00cm的空心帶軸圓盤中(稱作黏流滾擺),以繩子繞圓盤軸芯捲至27.96cm高處落下,實驗發現填充比例為19.950%~81.145%時,相對其他填充比例的黏流滾擺以非常緩慢的速度落下,不會彈跳且圓盤角速度具有規律的週期性,當釋放高度大於10.53cm無彈跳填充範圍會一直維持在19.950%~81.145%,不受高度影響。相對無填充任何液體的空圓盤,黏流滾擺落下時間約為空圓盤的93倍。改以黏滯性較小的水作為填充液體則不存在無彈跳填充區域,且彈跳次數不如黏流滾擺有彈跳區域的彈跳次數。改以填充固態粒子(細沙),實驗發現填充比例4.242%~93.196%時,細沙滾擺會固定於高空而不落下。比較黏滯流體、水、細沙三種填充物質,黏滯流體緩衝效果與穩定性最佳。

公平?以自我敘說談告別式禮俗之性別平等

一本內政部於101年發表的「平等自主 慎終追遠-現代國民喪禮」專書,持續宣導「性別平等」落實於國民喪禮的觀念與作為。家族從事告別式司儀工作、在告別式場長大的我,從對於「男尊女卑」儀式的習以為常,到反思內政部專書出版近11年,國民喪禮仍維持「男尊女卑」的情況。平等自主的國民喪禮,真的難以落實嗎?是否有落實的可能性呢? 鑑此,透過自我敘說研究,重構自己從小到大在告別式場的成長經驗。整理喪葬禮儀文獻的同時,思考男尊女卑在喪葬禮儀的深厚影響與調整可能性。透過敘說自己與爸爸的互動經驗,探討性別平權在告別式中落實的難處;並從中重新詮釋、歸納建構現今社會可行的做法、克服難處落實的獨門秘方,以及儀式後對家屬的真實感受。

水熊蟲分類與建立模式生物系統評估

大生熊蟲屬 (Macrobiotus)對環境壓力較敏感,其在面對環境壓力 (strss)會進入隱生具有作為重複使用模式生物潛能,以減少模式生物倫理問題。本研究以二叉檢索表和支序分類學鑑定南勢角山水熊蟲分布,以利收集實驗動物。並評估水熊蟲短期暴露(20分鐘)於不同壓力下半數隱生時間、半數恢復時間與半數隱生濃度,發現水熊蟲在鹽類壓力下半數隱生濃度為0.64%氯化鈉及1126 mg/L硝酸鹽氮;在1~4 ppm銅離子存活率分別為87、76、60以及0%,半數隱生酸鹼值為pH 5.08,而其在20000 ppm二氧化硫壓力無法存活。重複試驗水熊蟲在氯化鈉與硝酸鹽氮壓力下的形態、半數隱生時間及存活率無顯著差異,故推測水熊蟲具高潛能發展為重複使用模式生物,未來將探討其在長期暴露下的耐受度並評估其重複使用性。

圖形化物聯網小型折線機之研究

生活中網路商店或夜市常看到業者手工用鋁線在折造型,這些造型必須應用手工方式生產,所以生產效率及重現性低,且這類型的塑性加工在課堂上我們只能觀看一些影片來教學,無法實際進行操作。本專題用單折彎頭來進行金屬線之折線加工,以課堂所學知識及加工技術背景進行開發,主要以3D列印機的Arduino+RAMPS1.4控制器為基礎,自行設計及加工折線機構、進線機構、轉軸機構與螺桿機構開發出小型折線機。利用Python程式語言開發出將圖型座標轉換為NC碼,透過MT7688物聯網方式,直接控制所需的機械動作,做出所需的作品,讓使用者只需畫圖即可做出成品,不需學習機器控制語法。本專題可自動化加工生產、具有3D折線功能、折不同軟硬度的材料、操作介面簡便、體積小、成本低。

太陽能長滯空定翼無人機- 4G LTE 遠端影像數據監測及應用於 PM2.5 之分析

世界各地也開始提倡能源永續發展,又因近幾年無人機相關產業日漸增加,我們團隊決定把這兩個趨勢做一個整合,透過太陽能輔助系統讓傳統無人機的續航有所提升,未來搭載 各式感測元件與攝像頭的組合與搭配可運用在各式場合作探勘與量測之作業。

環環相扣-一道數論問題延伸高階線性遞迴數列之探討

從科學研習月刊中「森棚教官的數學題」的一道數論問題: 「你可以找到多少組正整數對(a,b),讓 的平方減5是b的倍數,b的平方減5是a的倍數?」 觀察到盧卡斯數列相鄰奇數項滿足原問題的解,也發現某數列與原問題的解間滿足充分條件,於是延伸問題改為數列恆等式,推廣更一般情形,即 階整係數齊次線性遞迴數列,簡稱 階線性遞迴數列。本作品建構兩種k階線性遞迴數列來探討,其兩數列分別是由盧卡斯數列及費氏數列類推而得。 第一種數列是利用特徵複數根性質來探討,而第二種數列是配合k階Cassini恆等式來求其解。最後利用兩個恆等式或不等式來描述上述兩種數列,是由Vandermonde行列式來論證。

生石花葉窗、蛻皮與擬態機制探究

本研究以生石花屬(Lithops)為主題,依據生石花特殊之葉窗構造及單寧酸(Tannin)分布重新定義品種,並探討其葉窗特殊透光、蛻皮與擬態機制,結果發現單寧酸(Tannin)聚集於其特殊葉窗形成點狀分布(單寧點),其作用有保護植株避免受強光傷害的效果,若突發強光,會導致單寧點擴散並融入葉窗表面,阻擋紫外線入侵。葉窗主要是調控不同輻射波長的進光量, 藉由儲水薄壁組織(water storage parenchyma)折射光線,導入葉綠體聚集。蛻皮方式為老葉在新葉成長過程,其細胞完全脫水萎縮,將養分與水分提供給新葉,並騰出空間讓新葉成長, 蛻皮時水分介入的時機,會改變蛻皮結果,甚至導致蛻皮失敗植株死亡。生石花擬態行為, 實驗證明非單寧酸作用,而為葉綠素受光產生量的變化所致。

原來地球也能發電!─地熱發電之效能探討

本研究探討不同的溫降對史特林引擎做功的差異,結果發現以1300毫升的熱水,從95℃降到91℃、90℃降到87℃、85℃降到83℃時,史特林引擎分別做了 39.65、7.57、1.49焦耳的功。假設實驗室的數據能夠複製到實際大型的水體,則以宜蘭的仁澤溫泉每日抽取溫泉約20公噸來估算,若在其自然冷卻的過程中可以透過史特林引擎發電,當溫度從140℃降到90℃時,預計可發電23.2度,等於減少11.81公斤的二氧化碳排放量。本研究結果希望能讓讀者多了解利用熱質自然冷卻來產生電力,有助於改善我們的環境。