全國中小學科展

高級中等學校組

大珠小珠落鋁盤——探討三重萊頓佛羅斯特效應之液珠碰撞

本實驗利用自製的鋁板加熱,觀察不同條件下(液珠體積、液珠質量、鋁板溫度),水珠的萊頓佛羅斯特效應。我們找到了水、乙醇、乙酸乙酯的萊頓佛羅斯特點,依序為200℃、125℃、120℃。並且發現水珠體積和直徑立方成正比關係、恢復係數和水珠質量成反比關係、直徑立方與溫差乘積與液珠吸收熱能成正比關係。

生物炭電容應用於去離子淡化技術

海水淡化是未來重要課題。本研究選擇易取得的生物炭源來製成生物炭,實驗發現鳳梨皮所製成的炭作為電容電極吸附水中氯化鈉具有發展潛力。 透過簡易比較吸附染料能力、吸附級數圖形等來選擇及決定生物炭的合成條件,實驗製作炭電極並以自製淡化裝置來吸附海水中的食鹽,同時以偵測氯離子變化的方式來定量單位時間每克炭電極的氯化鈉吸附量。實驗利用簡易電表探討了鹽水濃度與施加電壓對吸附過程時所造成的電解影響,另一方面,致力於優化文獻中偵測水中氯離子濃度的方法學並應用於本研究中。 實驗發現:未處理之鳳梨炭、酸洗處理合成之雞骨、龍蝦及椰子炭吸附氯化鈉具有良好的潛力,在適當的通電條件下,每克生物炭材之炭電容可吸附0.1~0.4克的氯化鈉。

探討地衣內酵母菌的存在及與內生真菌的互動關係

本研究旨在探討地衣內酵母菌的存在及與內生真菌的互動關係。首先將採集地衣樣本分類並進行酵母菌培養,從柵欄石蕊(Cladonia parasitica)培養出酵母菌並以其進行研究。我們發現酵母菌在Cladonia parasitica中分布於其主要葉狀體(Primary thallus),並由鑑種得知其為釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。我們亦培養柵欄石蕊等地衣的內生真菌(endolichenic fungi)並鑑種得知柵欄石蕊有Trichoderma afroharzianum、Trichoderma pubescens、Trichoderma simmonsii、Trichoderma reesei等木黴屬內生真菌。亦透過對峙實驗得知釀酒酵母在攝氏10~30度間,無論有無其他菌源下,均能促進Trichoderma simmonsii成長並抑制Trichoderma afroharzianum及Trichoderma pubescens,推測地衣中的酵母菌具有平衡內生真菌,並具有發展為生物農藥的潛力。

探討重金屬離子對臺灣羽苔之生理影響

竹科為新竹帶來不計其數的好處,卻也造成環境汙染,重金屬汙染就包含其中。重金屬若未經處理就流放會汙染土壤、水質等,影響生態環境。蘚苔是方便取得的生物監測指標,因此本研究以臺灣羽苔作為模式生物,探討不同重金屬種類、濃度對其葉綠體個數、光合色素含量、光反應速率及細胞壁厚度的影響。根據實驗結果我們發現低濃度的鋅、銅離子對臺灣羽苔的葉綠體個數、光合色素含量、光反應速率皆有提升,並且找到鋅離子、銅離子對臺灣羽苔有正向影響的濃度區間,而鋇離子、高濃度的鋅銅離子則對植物有相反的影響。細胞壁的部分,低濃度鋅離子會造成細胞壁增厚,而在高濃度時變薄;銅、鋇離子增厚程度則與離子濃度呈正相關。

「地」時炸「氮」,「酚」秒必爭―利用地毯草多酚降解硝酸鹽與亞硝酸鹽

氮污染無所不在,水源硝酸鹽污染是農業發達地區居民長期面對的問題,且脫硝作用中間產物亞硝酸鹽,對人體危害甚大。因此我們透過測量天然雜草(地毯草)溶液的氧化還原電位、還原力、自由基清除能力,證明地毯草具有強抗氧化力與還原力。藉由田口式實驗法規劃探討影響地毯草還原降解硝酸鹽之可能參數,由統計分析結果確認使用乾燥地毯草劑量18.75 g/L與硝酸鹽濃度50 mg/L的水體反應24小時,為地毯草降解硝酸鹽的最佳操作條件,而持續反應48小時則可完全降解亞硝酸鹽副產物。反應過程中總酚濃度介於100~200 mg/L,並且利用光譜全波段掃描反應溶液得知,250~325 nm區間有明顯吸光程度,代表多酚成分兒茶素之存在。經由本研究成果證實地毯草可釋出多酚物質有效降解硝酸鹽。

禾本科產製酒精效率之研究

本篇研究是比較釀酒酵母在象草汁、紅甘蔗汁和白甘蔗汁酒精發酵時產製酒精的效率。結果顯示,植物汁液的成分和特性會影響酵母菌的發酵效率和產物。紅甘蔗汁和白甘蔗汁中的其他微生物對酵母菌的影響會隨時間增加而增強,pH值也會影響酵母菌的活性。不論是否在無氧環境,象草汁中的酵母菌產製酒精的效率最好,並且在象草汁中的酒精被氧化的情形比在紅白甘蔗汁中來的小。因此,將釀酒酵母放入象草汁中進行酒精發酵是取得酒精的最佳方法。本篇研究的禾本科植物中,象草是相當適合作為生質能源的材料。

鋰魚躍油門—以鋰化合物催化製生質柴油

因化石燃料枯竭及燃燒帶來之汙染,尋找替代能源為當今致力研究之目標。本研究將大豆油或廢食用油反應製生質柴油,試以鉍酸鋰或鉻酸鋰為目標,改變合成條件得最佳催化劑,找尋最佳反應條件。 此研究之催化劑,分別最佳反應條件:大豆油製生質柴油之轉酯率皆98%以上。催化劑最佳反應條件分別為:L2B3-800-3,醇油比1:18,觸媒用量6 wt %,反應2 hr。L1C1-800-3,醇油比1:24,觸媒用量6 wt %,反應2 hr。廢食用油製生質柴油以鉍酸鋰為催化劑尤佳。但此兩組催化劑,重複利用的測試結果不理想。 本研究產製之最佳生質柴油,經CNS標準方法檢測,各條件大致符合國家規範,故本研究使用之鉍酸鋰及鉻酸鋰均是具潛力開發之催化劑。

詐欺遊戲之少數決

「少數決勝淘汰遊戲」就是每位玩家開始時付出1單位的代價,並針對N個玩家(劇中為22個)連續對一些二選一的選項投票,由少數一方獲勝,獲勝者始得進入下一輪的投票,直到剩下一位或兩位玩家為止,若只剩下一位,則由該玩家獲得最後的N單位獎金,若剩兩位,則由兩位玩家平分最後的N單位獎金,但所有人需償還原來遊戲開始時所付出1單位的代價。而日劇「詐欺遊戲」的主角提出「遊戲中結盟共M個玩家(劇中為8個)即能保證必勝」的方法。本研究打算藉由歸納法來探討在N個玩家下保證我方至少一人獲得最後勝利的結盟人數M並平分獲利,同時研究遊戲中的最高獲利、最低獲利與可以得到獲利的期望值為何?最後我巧妙的利用二進位來解決問題。

字由字在─利用深度學習生成個人化字體

本研究旨在利用深度學習實作改變字體風格的模型,試圖讓生活中處處可見的文字變得活潑、生動,並省去許多設計字體所需的時間、精力。我們利用了風格矩陣、對抗式生成網絡(GAN)等概念設計了3種模型,並在實際運行後進行分析與比較。 VGG模型運用了卷積神經網絡的概念,擷取特徵以生成風格矩陣並將其進行字體風格轉換。Bicycle-GAN模型結合了Conditional GAN和VAE的優點,能夠生成多樣風格的字體。Zi2Zi模型則是在pix2pix的方法改進部分缺點,能讓生成的字體更逼真,且具有顯著的成效。 經過多次的嘗試和失敗經驗,我們發現VGG、Bicycle-GAN、Zi2Zi,3種模型在字體風格轉換上具有相當的潛力,在經過適當的後處理之後,能夠在耗費少量時間和樣本的情況下,生成實際套用在電腦中的個人化字體。

基於OpenPose之機具操作於異常姿勢即時偵測

本研究以鑽孔機操作情境做為機具操作安全智動化系統開端,進而跟上改善職業災害問題顯學,其內容包括建立操作情境、即時辨識、顯示警告與緊急處理。 操作情境包含休息、工作、發問與暈倒共四種情境模式,以坐姿、坐姿舉半手、坐姿舉手、站姿、站姿舉手與躺姿六種姿勢為表示,並依其情境來探討正常姿勢與異常姿勢。前端伺服器之OpenPose為人體姿勢偵測工具,並利用 幾何運算與自行開發程式來定義與勢辨識各類姿勢。當異常姿勢發生時,後端伺服器將即時接收前端伺服器之姿勢代碼與判斷顯示,進行控制硬體之警示裝置與切斷電源系統,所以此研究為多人即時機具操作安全之智動化系統,而後將以此研究基礎做為各類危險機具操作應用研究。