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探究精神獎

「膜」力無窮-量子點薄膜應用發想及探討

本研究是分別利用細胞粉碎及磁石攪拌兩種方式,混合不同濃度的量子點前驅物,做成多種發光強度的量子點薄膜,並探討其對發光效率的影響。研究中藉由調整前驅物之濃度以控制量子點的發光效率。此外,為達到量子點長時間穩定的需求,實驗中在量子點溶液中加入高分子聚合物-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中,並且順利製造出實驗期待的綠光量子點膜。 藉由探討量子點濃度及實驗中的變因對量子點薄膜之發光強度、發光效率的影響,最後以藍光LED激發100μl的細胞粉碎綠量子點薄膜,再加入紅光,成功混合出白光。 研究結果顯示量子點薄膜混合出的白光色彩更飽和、色域更廣。期待未來有機會應用在新制顯示器如投影機、電腦螢幕等應用。

「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。

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。

觸媒紙合成暨可重複使用之探究

目前大部分有機實驗使用的催化劑為貴重金屬,例如Pd, Pt, Ag等,成本高且使用後難以回收,因此,我們研究於將奈米銀粒子合成在濾紙上的技術,使用微量移液管直接將定量硝酸銀溶液滴於濾紙上,其後利用浸泡NaBH4還原奈米銀粒子,所合成的金屬奈米銀粒子的反應表面積較大,具有良好的催化性質。此外,利用合成奈米粒子於濾紙上,濾紙反應完僅需洗淨烘乾,附著於其上的奈米粒子即可再進行催化,達到可重複使用的效果,避免一般有機實驗催化劑無法重複使用的狀況,減少資源浪費。 我們藉由4-NP(4-硝基苯酚)→4-AP(4-氨基苯酚)有機反應,經化學動力學探討觸媒紙催化效果,製備較一般催化劑低成本、製作簡易、催化效果佳且可重複使用的觸媒紙。

同聲相應『辨材』無礙

本研究係使⽤快速傅⽴葉轉換對⾦屬圓板撞擊產⽣的⾳頻進⾏分析,並搭配⾃製的運算叢集,來實現使材料辨識系統。本研究為分析⾦屬圓版與其相關之物理量對⾳頻的影響,吾⼈透過 Journal of Sounds and Vibrations 中的⼀篇 “The Influence Of Poisson’s Ratio On The Natural Frequencies Of Free Circular Plates”之公式,配合⼤量實驗做為數據轉換的基礎,找出⾦屬的Ψ值,如鋁為0.15762、鐵為0.28921、銅為0.36213,最後將之整合,並提出以機器學習的⽅式優化材料辨識系統,⼤⼤提⾼本研究之未來發展性。

水磨力—水生植物與水流之相關探討

本研究旨在探討草本水生植物的生長狀況和水流流速以及水流搬運作用之關聯性。 在室內水流模擬實驗當中,我們選用了矮莎草(Cyperus pygmaeus)和美洲苦草(Vallisneria americana)作為挺水性和沉水性植物的代表,針對水生植物生長的位置、水生植物的密度和排列方式、以及不同的水位高度的狀況下進行關於水流流速的計算和比較。 從實驗中我們得知,當水生植物前後多層次緊密排列時,對於流速會造成較大的影響,而美洲苦草對水流的影響較隨排列和水位不同而變異;除探討流速之外,我們亦嘗試直接進行植物與水流沉積作用的模擬實驗,在有植物存在的狀況下,會使水中搬運的沙土更容易沉積,而這結果在溪沙方面更加明顯。

電解、電位—探討電解水過程中的pH值誤差與電位修正

1. 利用(電位值與pH值關係圖)初步判定量測是否正確?若座標值落在直線上代表 電位值與pH值兩次測量皆為合理值。 2. 將測量的pH值與測量電位值回算的pH值相加,所得的值若能與電解前的pH值相近則可再次確認測量電位值與測量pH值量測無誤。 電解水最初幾秒鐘,H+與OH-僅微量產生,測試電極所得的pH值必然為兩極間高低電位差所造成,我們計算出因正負電極電位差所造成的測試電極測量電位值,則量測出的pH值只須扣除測試電極換算出的pH值,則可得電極通電過程中,溶液各點實際pH值。 測試電極中所量到的電位值與『正極為高電位、負極為低電位』的理論有落差,我們量測到且計算出的電位值以兩極中間最高、靠近負極次之、靠近正極相對較低。

看見聲音-聲音對皂膜影響之探討

本實驗在觀察不同頻率的聲波下,皂膜做上下振動所產生的波紋,皂膜顏色與厚度關係以及皂膜水平流動速率的變化。其中皂膜在不同自然頻率會產生特定的穩定上下振動波紋。而受聲波影響上下振動的皂膜會因慣性力和表面張力而有中心區和邊緣區內外的流動變化並產生漩渦狀的流動。在低頻率時,邊緣區向中心區的流動速率會大於中心區向邊緣區。高頻率時則相反。而在不同頻率時皂膜的流速變化則呈現一二項式向下的曲線。

解開點線面 - 用SAT Solver解開Flow Free遊戲

我們研究了Flow Free遊戲的特徵後,發現他與另一個遊戲——數獨在規則上有許多相似處。於是我們先轉而研究網路上已經有多種解法的數獨遊戲,嘗試將那些方法套用於Flow Free去解。經過多次嘗試,我們發現一種邏輯簡單且可行的方法 — SAT Solver。SAT Solver (Boolean Satisfiability Problem Solver或作Propositional Satisfiability Problem Solver)最大的特色是需要使用Boolean Variable,也就是一切條件都必須轉換成是非題。「這一格是哪一個顏色?」變成了「這一格是不是顏色一?是不是顏色二?是不是顏色三?...」。經過研究,我們得到一個結論 : 如果一個問題沒有步驟性(上一步驟不影響下一步的答案)且所有條件都能以是非條件式表示,就可以用SAT Solver解開。

黑金再現-黑水虻的行為探討

廚餘的流向是近年來熱烈探討的議題,昆蟲界的黑水虻更是消化廚餘的好幫手,於是我們先瞭解黑水虻的生物特性,研究黑水虻幼蟲的生態行為及設計飼養環境。本實驗的研究結果,得知在家是可以飼養黑水虻來處理廚餘,廚餘的濕度要控制在潮濕不要滴水,幼蟲消化廚餘是以四齡蟲的消化速率最快,在六齡蟲顏色轉咖啡色時,就要準備引道讓預蛹期的黑水虻幼蟲到乾燥的地方。幼蟲及廚餘所散發的腐臭味道可以加入肥料水及活性碳來降低臭味。黑水虻蟲糞也可當成花卉及果實類肥料。成蟲可餵食蜂蜜水增加產卵的數量。更設計經濟循環通路讓家戶可以循環飼養。整個實驗期間,也讓我們瞭解黑水虻對人類的生活環境並沒有產生衝擊性的影響,是經濟價值很高的友善昆蟲。