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團隊合作獎

利用昆蟲外殼與翅膀仿生奈米結構及SERS方法偵測污染物

現在環境汙染問題日益增多,汙染分子檢測的需求也逐漸被人們重視,但現在使用的檢測方法普遍成本偏高且方法複雜,於是本研究想研發一種便宜且簡單的檢測方法。利用PDMS(Polydimethylsiloxane)翻模金龜子外殼(Beetle Shell:BTS) 和豆娘(damselfly: DSF翅膀表面的微結構,並鍍上一層貴金屬銀研究表面增強拉曼光譜 (SERS)的增強效應及偵測微量分子的可行性。本研究通過試驗不同鍍銀厚度、基板在不同濃度的待測物下拉曼增強的能力。實驗顯示,PDMS-BTS和PDMS-DSF鍍上10nm銀後能偵測羅丹明6G(Rhodamine 6G:R6G)到10的-6次方濃度,是實驗發現最佳的參數,而一次檢測的耗材成本只需約17元,相較目前拉曼基板普遍用的雷射雕刻或3D列印技術製程還更經濟,未來會增加不同檢測物、鍍銀厚度或探索不同昆蟲微結構以找到最好的基板參數。

陽光氫鬆產能

本研究旨在製作一套利用太陽能為動力的電解水製氫裝置,探討影響製氫效率的因素,並進行裝置優化。首先,為減少歐姆過電位來提高能量轉換效能,我們創造雙層圓筒式電極以最小化兩極距離,並利用較便宜的碳材來確認此電極型態確實可順利運作後,再改電極為發泡鎳,以降低活化過電位。而濃度極化所造成的過電位,則是利用離子交換膜及外接馬達抽換電解液的方式克服。常溫下,鎳為電極,當KOH濃度為35%、0.25A(1.8V),製氫的能量轉換率最佳,為271.6L/kW.hr。 透過優化裝置的設計解決了早期漏液、補水等問題,且改良後裝置採共用電解液和可調節電極數量的設計,提高實用度。最後,建立IoT系統來控制抽換電解液的間隔時間,使裝置達自動化且增加效能。

「C u 」「LA」ter, my 「FREUND」—探討海藻酸鈉晶球吸附銅離子的最佳吸附條件及以等溫線與動力學方程式分析吸附現象

我們的實驗延續上次小論文(韓語軒等,2023)[1]以海藻酸鈉晶球吸附銅離子作為研究主題,並比較了各項變因(海藻酸鈉濃度、成形時間、吸附時間、是否搖晃、溫度、吸附之硫酸銅濃度)下的吸附效果,嘗試找出最佳吸附條件。 經過實驗,我們將數據經擬一級、擬二級動力學方程式分析後,以理論的吸附速率回推,得出吸附90分鐘已達吸附極限值的99%;同時繪製出兩方程的線性圖片,比較R2值後判定此吸附更接近擬二級吸附。以不同濃度硫酸銅的結果代入Langmuir與Freundlich等溫方程後,也呈現良好的線性關係,可以用於分析我們的實驗結果。

風中奇緣~探討風與學校建築物的關係

本研究透過文獻的蒐集,了解風與建築物之間的關係,發現風流經建築物的過程中變化相當複雜,有多重因素會影響到風的行進。本研究以學校建築物為依據,透過自製教室模型進行水煙模擬氣流的流動,真實體會到空氣的流動,也觀察到水煙經過長廊的情形。 經實驗探究發現:長廊長度越長、寬度越窄及適當的高度,都會使觀測物移動較快,表示所受風力較大;在長廊的前、 後段位置風力都較大,推測前段靠近風扇出風口,而後段可能受到狹管(窄管)效應的影響,與實際於學校長廊上人體所感受到的是相符合的。 最後,發現在長廊後段高處是一個較佳的集風口位置,可把導風裝置設計在此處,藉由長廊聚風的效果將風導入到兩側教室內,善用大自然的風讓教室更舒適。

太陽活動與台灣周遭海域表面海溫之關聯

本研究探討太陽活動極大期與極小期臺灣周遭海域海溫與太陽黑子數的關聯。將極大期與極小期次年的海溫依季節分組,分析各季海溫距平與太陽黑子數的關聯。發現在太陽活動極大期次年的冬季與秋季,臺灣海峽區域表面海溫與太陽黑子數的關聯最顯著。推測係因在太陽活動極大期時西伯利亞高壓強度改變,導致臺灣附近的季風強弱產生變化,進而使臺灣海峽表面海溫與太陽黑子數較具關聯性。將極大期與極小期次年的海溫數據依各月分組後,發現結果大致與前述研究相符,但能發現許多依季節分組無法觀察到的現象,例如關聯性較高的海域範圍常呈帶狀分布,應是受洋流流向影響所致;在太平洋西部海域,具顯著性區域常呈團狀分布,顯示應與渦旋的生成及移動有關。

探討阻尼球對高樓的減震效果及影響

地震這項話題一直是我們在注意的,尤其更身處於板塊交界帶上,地震成為重要的課題,近年來有許多研究在對地震進行更地研究深入。本研究的目的在探討阻尼球置於不同的樓層高度後,施以人為震度後對建築物的減震及影響,我們自行製作地震台、建築物、阻尼球,並用Tracker拍攝搖晃的情況、用Phyphox APP紀錄加速度,將數據匯出程式並做出分析。 實驗結果顯示,對應對壓換算最小地震級數為3級,最大為5強。而每個地震級數都有對應較佳放置阻尼球的樓層。且將阻尼球放置在房屋模型6分之3處帶來的減震效果最佳,而其他情況仍有加裝阻尼球造成加速度增加的情況出現,而在能量轉移的過程中多為高層樓轉向低層樓居多。

基於影像識別與感測裝置之坐姿偵測輔助系統

本研究旨在開發一套系統,判斷使用者是否久坐與使用電腦的姿勢是否正確,並即時提供回饋。此坐姿輔助系統僅需使用電腦內建視訊鏡頭以MediaPipe BlazePose影像辨識模型抓取上半身節點資訊,並透過雙腳穿戴micro:bit感測裝置取得腳部三維加速度值。研究者蒐集各年齡層不同姿勢下的數據,討論其差異並計算F-score值以訂立閥值,判斷使用電腦的姿勢。同時,研究者運用PyQt套件建立使用者介面,使得系統能夠進行個人化設定,並即時地提供回饋。相較現有研究,本研究所提出之系統更輕量化、方便使用且成本更低。

角格織網-探討角格矩形中對角封閉區的角格數變化

本研究目的為在相同的等腰直角三角形密鋪而成的矩形中,若從右上角頂點分別往左與往下移動數格,及左下角頂點分別往右與往上移動數格,再分別從左下往右上連接2條直線,並將這2條直線拓寬成一個封閉區域,則此對角封閉區域T會經過幾個三角格呢?先從左下角至右上角的對角線會經過的三角格開始觀察,發現經過的三角格數量與矩形長邊、矩形長、寬邊的最大公因數有關。接著將對角線有規律的拓寬成不同的封閉區域,並將經過的三角格用相異的顏色區分,用逆向思考的方式,把矩形中的三角格總數減去2直線經過的三角格數量,順利找出計算公式。最後我們也用相似的概念順利找出另一方向對角封閉區域H的計算公式,讓整個研究更為完整。

「蛙」佇家—利嘉林道的蛙類生態初探

為了瞭解莫氏樹蛙(Rhacophorus moltrechti)會比較常停棲在什麼植物上及不同蛙調方式(目視和聽音)其結果會有何差異,我們選擇臺東縣卑南鄉海拔約1,000 公尺的利嘉林道為研究樣區,並分析2022年至2024年間7次蛙調資料。研究結果顯示莫氏樹蛙會停棲在月桃葉和姑婆芋等10 種不同的植物上,其對停棲植物的喜好度並不明顯。此外,聽音記錄到蛙類鳴叫次數與蛙類隻數皆大於目視的數量,尤其在2022年和2024年的1月氣溫較低的冬季,聽音次數明顯大於目視次數。最後,根據研究結果和楊懿如(2024)在青蛙學堂的文章,臺灣的蛙類在冬季低溫時活動力會下降,甚至挖洞躲藏,所以我們建議林道的主管機關,盡量在冬天或氣溫較低期間、蛙類活動力較低之時,清理林道兩旁植物,以減少傷害蛙類及其棲地。

臭巨山蟻(Camponotus obscuripes)搶屍及搬屍行為之探究

本研究觀察臭巨山蟻(Camponotus obscuripes)處理同伴屍體的特殊行為。我們在三年間注意到,螞蟻基於巢穴衛生有「屍體清除行為」(necrophoresis),但在特殊狀況下 臭巨山蟻還會搶奪同伴屍體和搬屍繞行行為。我們進行一系列的實驗觀察,嘗試證明一些假設,最後得到以下結論: 一、臭巨山蟻在搬屍繞行同伴屍體時的行為與「屍體清除行為」有所不同,繞行行為通常在探索新環境時出現。牠們會將同伴屍體從棄屍場所搬出、舉起屍體在新環境四處移動,還會將屍體散佈在新的環境中,最後再將屍體移回棄屍場所 。 二、螞蟻在搶奪屍體的選擇上,可能與死亡時間有關。 三、螞蟻與其搬運的屍體之間不存在特定的配對關係。