全國中小學科展

第58屆--民國107年

「衣」起革命—涼感衣各項指標檢測與改良

本研究利用各項熱性質與舒適性來比較市售涼感衣的優劣,包括熱傳導、熱擴散、熱吸收、Qmax值、吸水性和彈性力,接著比較各纖維差異。比較完後本團隊開始思索如何使涼感衣更涼爽舒適。而市場上的複合功能衣物,如GORE-TEX®布料的透氣排汗與防水功能是利用多層布與薄膜的組合達到效果。受到啟發後開始進行涼感薄膜塗佈實驗,主要是添加涼感礦石粉體於DPU中,再塗佈於織物上。為多方比較,設計了塗佈不同厚度及添加不同比例涼感粉體的實驗組,每一組再進行熱性質和舒適性實驗。最後比較涼感效果、舒適性與經濟效益等各項實驗參數組合,結果顯示最佳條件為:塗佈厚度100μm涼感粉體15wt%。被覆涼爽織物未來可用於春夏季之外套、長褲、床罩、枕頭套、坐墊與躺椅等用途。

「貝」水一戰!-貝殼轉動定向與自製消波塊之研究

消波塊擁有削弱海浪力量的功能,但海浪有時會將消波塊沖離原本位置或捲入海中,造成消波功能喪失。 老師在課堂介紹「沙灘的貝殼會因為海浪將殼底朝向海浪來源方向(斜坡低處)」(命名為「轉動定向」)。我們聯想到消波塊是否也能自動轉向呢?我們自製起波裝置與模擬沙灘箱、測試3D列印模型翻模石膏方法、量化沙灘沙子流失量,研究轉動定向的變因與原理。發現圓錐是轉動定向最適合的形狀,但海浪會繼續讓圓錐晃動!而六角錐可以做到轉動定向後,固定在停止位置(命名為「轉動定位」)。 我們將研究結果自製消波塊(六角錐、六爪),經過沙灘模擬檢測,自製消波塊擁有比市售消波塊更好的消波能力,且擁有「不易移動位置、會自動調整方向」優點。

變裝舞會-紅后負蝗改變體色及求偶行為之探討

紅后負蝗是菜園常見昆蟲,調查體色主要為綠色,少數褐色及綠紅色。棲息於地瓜葉、萵苣等,吃食菜葉。氣溫愈低,負蝗數量愈少。研究發現:一、相對濕度較低,會影響若蟲蛻皮時、及若蟲蛻皮為雌、雄成蟲,改變體色為褐色。環境顏色也會影響若蟲蛻皮為雌成蟲時改變體色。二、改變體色的步驟,從觸角、頭、胸、背、腳、腹面,依序變為褐色。三、綠雄蝗對綠雌蝗的交配次數高於褐雌蝗,綠負蝗交配總次數也多於褐負蝗;負蝗體色可能影響求偶行為與繁殖。四、雄蝗求偶步驟:看見雌蝗→靠近雌蝗→用腳碰觸雌蝗→跳到雌蝗背上→交配,而雌蝗身體晃動是達成交配重要因素。五、雌蝗交配數次才產卵,約20幾顆卵被卵泡包圍,一段時間後陸續孵化綠色小若蟲。

萬象「羹」新-探討勾芡液的黏度變化

本研究旨在探討各類芡粉糊化後所形成的勾芡液黏度與芡粉性質之間的關係。首先觀察測量並比較各芡粉的澱粉粒大小、直鏈澱粉含量、糊化、老化現象等特性,並自行發展製作旋轉式黏度計,用以測得實驗中蓮藕粉、樹薯粉及不同支鏈澱粉比例的玉米粉勾芡液在不同條件下的黏度,並與芡粉特性做綜合討論。支鏈澱粉含量高的勾芡液黏度大、耐剪切;芡粉糊化前加酸即難起糊,加鹽、加蔗糖對不同種類芡粉的黏度變化有不同效果。

牆要double L邊坡防護更OK~創新雙層L型懸臂式擋土牆邊坡防護效益之探討

本作品旨在探究擋土牆的形式以及排水管兩部分對護坡效益的影響。所謂的「護坡效益」在研究中的操作者定義是「排水量最多;同時排沙量最少」。研究結果如下: 1. 自行設計的新式double L雙層懸臂式擋土牆,比現行之單面L型懸臂式擋土牆防護邊坡效果更佳。 2. 擋土牆必須加裝排水設施,但並非排水管越多越好,在單次降雨中,過多的排水管對排水量的增加沒有顯著差異,反而增加施工成本並減少擋土牆的剛性建材,減弱結構強度。 3. 排水管的排列形式,下層多;上層少,有利排水,防護邊坡效益佳。 4. 單一排水管上的排水孔密集,,有利排水,防護邊坡效益佳。 5. 擋土牆的材料若以既能吸水,又能排水的材質施作牆鋪面,更能有效防護邊坡。

2010-2017年臺灣空氣污染(含風險)的調查分析與探討

空氣汙染議題,在近兩年吵得沸沸揚揚,關心空氣品質的情形是否又紫爆,似乎已成為臺灣人們的全民運動,中、南部的空氣品質較差,與火力發電廠相關性確實很高,季節與風的吹向,也影響臺灣空氣汙染濃度的變化,冬天只要境外汙染濃度偏高,東北季風的來臨,就會將汙染物帶到臺灣來,濕度也是影響汙染物濃度的原因之一,夏天的濕度比冬天的高,大量的水氣、雨量,可以把較多的汙染物給沖洗掉;溫度與氣壓也有微妙的關係變化:氣溫愈高,氣壓愈低;氣溫愈低,氣壓愈高。高氣壓不易降雨,讓冬天產生很多的汙染物;低氣壓容易降雨,夏天的汙染物,呈現濃度較低的情形,就診人數因科技發達,延緩人類罹病、致死,但PM2.5相關疾病死亡率正逐年提升中。

Wifi對種子萌發與生長的影響—以北蔥為例

本研究探討北蔥(Allium schoenoprasum Linn.)在播種前與播種後經Wifi照射處理72小時,是否對種子萌發與胚根的生長造成影響。本研究利用Wifi分享器與ESP8266無線網卡建置具有2.4GHz 電磁波的環境,發現北蔥種子經Wifi處理後,萌發率和胚根的生長均受到抑制。本研究以澱粉洋菜膠與dns試劑二種方式檢測澱粉酶活性,發現經過Wifi處理的種子澱粉酶活性皆降低。透過醋酸地衣紅細胞染色觀察細胞分裂,觀察到對照組胚根正在進行細胞分裂的數量較經Wifi處理的實驗組數量多。

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。

會呼吸的梳子壩?! ~華山土石流整治實察與透砂率探究

我們先從梳子壩的認識與華山探勘著手,實察地質、梳子壩防治工法與嵙角溪野溪 (第一部分)。模擬土石流研究梳子壩在不同水量及砂量的透石、砂效果(實驗一、二),發現梳子壩後方的砂不易透出(實驗三)。接著我們模擬已淤積砂和石的壩體持續沖水,加入粒徑較大的碎石,透砂率明顯降低,找到了梳子壩輸砂的盲點,並推理縫隙模型(實驗四)。為了降淤,我們追加模擬鋼管壩實驗,以相同條件沖水與降壩體,發現鋼管壩抵擋土石流,後續可讓淤積的壩體透砂透石,實驗數據顯示比對梳子壩效果好太多;另外藉著降低壩體運作模式,結果能清空壩前土石。期待真實防治工法也能多採取此模式,讓整治的溪流自然降淤高,恢復到流暢的野溪型態(實驗五)。

擴充式多功能發電機之效能最佳化分析

地球持續暖化,綠色能源的發展迫在眉捷。我們拆解了廢棄吊扇,利用線圈組件製作綠能發電機。在研究的過程中,我們的發電機每一層線圈可產生約60VP-P,約20Vrms的電壓。接著我們將兩層線圈串聯起來,所產生的電壓是一層線圈的2倍,可產生約115VP-P,約40Vrms的電壓。 因此,我們將發電機設計成「直立式可擴充」的裝置,未來也許可以串聯3個線圈、4個線圈,甚至更多,可無限擴充。我們的發電機也是多功能的,不但是風力發電機,也可以是水力發電機,我們甚至發展了模擬洋流發電的構想,相信不久的未來,我們的創意一定能夠實現。如此就能夠避免核電廠災害性的威脅,也能減少火力發電所產生出的二氧化碳,降低PM2.5對生態環境所造成的危害,讓地球的壽命延長。