全國中小學科展

工程學科(二)科

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。

萬丹火山泥取代氧化鐵在釉藥上的研究與應用

不定時噴發的火山泥是屏東萬丹知名地景,但對於農民來說,這些在他們土地上所噴發出來的火山泥卻是影響作物收成跟汙染環境的一大問題。大量泥漿很難清理,只能做為廢棄物被清理堆積。自然界的土壤中富含各種金屬氧化物,本篇研究推測萬丹的火山泥中含有較多鐵的成分,透過將萬丹火山泥的粉末溶入釉中做為發色劑的實驗,以窯燒後的成色與參考資料做比較,來驗證這樣的想法。實驗的結果顯示「以火山泥做為發色劑」的釉藥會產生與「以氧化鐵為發色劑」相似的青瓷效果。所以得知火山泥是能夠取代氧化鐵做為發色劑使用,而不只做為廢棄物堆積的。

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。

屋頂仿生蝶翅構造

據2017年台電歷年售電量統計,撇除佔了七成多的工業用電,佔比最多的便是住宅用電。住宅用電中,第二耗電的家電為冷氣機。雖近年冷氣機大多為變頻冷氣,能夠減少耗電,但因臺灣位居亞熱帶,常年氣候炎熱潮濕,於夏季時許多家庭會開著冷氣長達十小時。因此,冷氣耗電一直都是每個家庭的問題,冷氣帶來的溫室氣體也是每位人民該重視的問題。秉持減少家庭用電的理念下,我們以蝴蝶鱗片為發想作機構、銀蟻反射陽光(反射長波,並吸收短波)原理為塗料,設計出了烈日當空時,可以主動追日,使屋頂板角度呈現與太陽垂直之狀態,最大化的反射太陽熱能,藉此改善夏季熾熱的源頭,進而解決冷氣耗電,間接減緩地球暖化之議題。

可拉伸且自我修復的有機薄膜電晶體元件研究

電晶體在眾多電子產品中是一個不可或缺的元件,然而傳統的電晶體,因為其鋼硬的結構,儘管具有極高的效能,但難以實現在穿戴式電子設備上。相較之下,有機材料具有較高的機械順應性,提供實現穿戴式裝置的機會。因此在本篇科展研究中,透過物理混合的方式將彈性體與共軛高分子混合形成一個同時具有高度拉伸性且可導電的複合材料。此外,此彈性體具有高度黏著性,使得此複合材料具有自修復功能。僅需透過簡單的擠壓兩片薄膜,即可在室溫下達成自我修復。這使電子產品不會在經過長期使用後而降低效能。這對穿戴式電子元件來說是一個巨大的突破。因此希望可以透過此複合材料的概念,促進穿戴式裝置的發展,為仿生學建立一個里程碑。

海藻酸鹽雙層水膠搭載聚電解奈米粒子應用於慢性傷口之研究

本研究嘗試以海藻酸鹽設計製作雙層水膠,並搭載奈米粒子於雙層水膠中,達到兼具治療與保護傷口的效果。 透過實驗數據驗證,此雙層水膠之儲存模數相比人體細胞外間質,得知水膠足以提供傷口張應力。而表面帶負電之奈米粒子,其粒徑尺寸~1849nm,以及界達電位負電峰值為-19.9 ± 0.2mV,能夠有效地吸附帶正電之生長因子並持續釋放。另外,藉由水膠不同的降解速率及載藥特性,達到首先減緩發炎反應,並給予血管新生功效。動物實驗成功建立模型,由一般傷口證實,加入水膠與抗發炎因子IL-10/促血管新生因子VEGF+PDGF療法的實驗組別,其修復期較短,由db/db糖尿病鼠模型證實生長因子的釋放有助於傷口癒合。說明研究中的海藻酸鹽雙層水膠系統,極具持續開發與應用的價值。

傳統建築的風水擋煞景觀研究_以清水祖師廟為例

本研究探討民間信仰之古風水「煞氣」到底是迷信還是有其科學中流體力學意涵。本研究以實作及模擬方式,對於所謂傳統風水之「尖射煞」進行研究。結果顯示,尖角形狀確實易產生紊流,造成能量較強氣流,而以擋煞物及傳統屋簷之燕尾形,確實可以降低音頻及氣流能量,八卦形可同時降頻降低氣流能量,但在高風速時表現未若銅錢形為佳。最後經由迴歸分析,發現在低風速時,各尖角及擋煞形狀對於紊流噪聲的表現有高度正相關性,R平方值>0.75。

不怕熱的瀝青-遮熱塗層應用於瀝青路面

本研究目的為替柏油路增加遮熱塗層以延長使用年限,參考文獻曾利用二氧化鈦,但因為遇到液體時摩擦係數會變得非常小,所以文獻中有增加粒料用來增加摩擦力。為兼顧環保與成本,我們想利用台南盛產的蚵殼代替粒料及二氧化鈦來完成成本更低的遮熱塗層。 為確保研究成果符合工程實用性,我們使用公路總局近年新研發的密級配瀝青磚作為實驗對象,利用高強度凝固快的EB1環氧樹脂與二氧化鈦與蚵殼,便可作為瀝青上方的遮熱塗層。EB1A劑:EB1B劑:二氧化鈦:蚵殼=60g:20g:20g:80g,其配方混合而成之遮熱塗層進行測試時得到最好的升溫抑制能力,凝固時間1小時,2小時會達到完全硬化,其兼顧強度、成本與道路安全規範,且鋪設流程相當方便。

震「骨」鑠「筋」-模擬鋼骨結構、剪力牆等抗震效果

隨科技演進,大多數天然災害我們已有能力做到預報的工作,而少數尚未有準確預報系統的自然災害,地震--即名列其中。故對於震災,熟稔預防工作、設計抗震、耐 震建築顯為首要之務。本研究透過水平搖晃槽及垂直震動器模擬地震發生時之S、P波 並以造型棒、頂點珠模擬鋼骨結構受震。觀測各異樓層、底面、抗震裝置下其搖晃程 度及破壞位置等,並探討:(一)建築物破壞點和抗震力關係、(二)建築和地震來向關 係、(三)梁柱、結構對稱性對耐震程度關係、(四)制震裝置等之功效。

「生」機蓬勃

有機物在無氧或低氧下,會熱裂解成生質炭,具高表面積,能吸附有機質形成生物炭,促進光合菌生長,改善土壤品質。為了解光合菌對生物炭促進腐熟化的效應,本研究運用光合菌在印度棗、鼠眼木、南洋櫻和桑葚等4種生物炭中做成添加劑,探索添加光合菌與生物炭對土壤的影響。實驗發現,農業有機廢棄物做成生物炭,就能改善土壤環境、促進作物成長,結論摘錄如下: 一、光合菌與水以1:20比例稀釋,種子發芽率與存活率高達100%。 二、校園盆栽土壤添加生物炭和光合菌種植青江菜,發現大部分添加者較未添加者生長更佳。 三、以生物炭提供青江菜營養源,有機質比無生物炭至少提高2%以上,南洋櫻最高可提升4%,額外添加光合菌可再提升0.5%,整體累計提升4.5%。