全國中小學科展

第61屆--民國110年

銅鋅生長之術~探討電解硫酸鋅溶液之研究

本研究秉持綠色化學之精神自製反應槽,並探討電解硫酸鋅溶液之研究。實驗就電極距離(1.0 ~ 2.0 cm)、施加電壓(9 ~ 21V)、溶液濃度(1x10-3 M~1x10-2 M)、不同正極材料和不同金屬溶液(分別包含Zn2+、Sn2+、Ag+、Co2+)進行討論。 當電解硫酸鋅溶液且鋅為正極時,電極距離之倒數和鋅金屬生長速率呈正比。當施加較大電壓時,鋅金屬生長速率有越快的趨勢,電解溶液濃度和在45秒內析出鋅金屬量成正比,也和鋅金屬生長速率成正比。 當電解硫酸鋅溶液且銅為正極時,除鋅金屬析出外也發現銅金屬析出,溶液濃度越高則銅金屬生長位置距離負極越遠。當電解1x10-2 M不同金屬離子溶液時,金屬生長速率快慢為銀>錫>鈷>鋅,而銅金屬生長距負極距離為鋅>鈷>錫>銀。

新式複合顏料

上美術課時繪畫有許多缺點例如乾燥時間不易控制、要長久保存需要加保護油,放置地點要控制溫濕度等。我們的實驗想要製作可以簡單長期保存的顏料,首先尋找高分子聚合物酚醛樹酯當基底,加入穩定的亞麻仁油以及異丙醇當溶劑、再添加色料,最後加入可以均勻混合溶液的乙酸異戊酯來製作成顏料,此顏料黏性適中能畫在各式材料,例如畫紙、玻璃板等上面,且具有塑膠特性,如果沒有被太陽光長期直接照射,不容易分解、退色、發黴、不被蟲咬、不會發黃、變色或裂開。可以取代油畫與壓克力顏料。此外可以精簡油畫器材,方便攜帶,減少運送的重量與體積,可以解決油畫從中世紀以來的長久問題,為美術材料一大突破。

探討不同養殖環境對Pantoea sp. 降解亞硝酸鹽能力之影響

本研究探討如何提升養殖於冬季降解亞硝酸不良的問題。養殖益生菌中潘朵拉菌Pantoea sp.可在冬天生長並降解水體亞硝酸,不同於其他菌其在低溫時生長較好但降解較差,顯示兩者無直接關聯,進一步得知溫度會影響Pantoea sp.細胞內代謝機制。水體中添加葡萄糖可使冬季亞硝酸降解能力多7倍,且不影響其生長,與文獻添加碳源會促進益生菌生長不同。比較各式糖類後得知單醣和雙醣皆可提升降解能力,其中單醣較雙醣好(單醣50%、雙醣95%),而碳源可提升降解能力,推測因其影響細胞內TCA cycle運作。最後添加碳源做法適用各鹽度環境,具廣鹽性,對改善台灣冬季亞硝酸過高問題有高度應用價值。

錐心覓跡-圓錐曲線及其內接四邊形的作圖與幾何性質之探討

在平面上,我們都知道相異五點可決定一圓錐曲線。若給定任意四邊形,是由四邊形的四個頂點及異於此四頂點的第五點來決定圓錐曲線,則稱此四邊形為圓錐曲線内接四邊形。 本研究將四邊形分成平行四邊形、梯形及兩雙對邊皆不平行的四邊形等三種來討論,並同時考慮其為圓内接與非圓内接之兩種情形的四邊形,探討圓錐曲線内接四邊形的作圖及其幾何性質。研究中藉由六個輔助定理(包含圓錐曲線的直徑與定值性質及推廣圓内兩交弦定理)論證出二種拋物線及其内接四邊形的作圖及其判定條件,再進一步推導出圓錐曲線内接四邊形的作圖及其判定條件。也發現圓錐曲線內接四邊形的兩對角線斜率性質,並證明有趣的錐線中心軌跡圖形。

欲顏又紫追根究柢 - 紫葉酢漿草的抗逆境研究

本研究主要以紫葉酢漿草為研究對象,探究其處在日照、酸鹼度和水分等不同逆境時的形態與生理反應,同時以黃花酢漿草作為對照。 研究結果顯示,除了形態上的差異之外,當日照縮短,紫葉和黃花酢漿草的葉內色素含量會先增後減,但紫葉酢漿草的色素分解速度較慢。同時,葡萄糖與花青素含量的變化趨勢呈正相關,與防止光抑制作用產生有關。 在不同酸鹼度影響下,紫葉酢漿草較不耐酸性,此時的花青素含量最低,但葡萄糖最高。而乾旱一個月後,部份葉片會變色或萎蔫,葉內的各類色素含量皆變低,但葡萄糖含量會增加。此時花青素與葡萄糖含量呈負相關。因此,除葉綠素a含量外,利用花青素與葡萄糖的比例關係,未來應可發展成植物是否處於逆境的有效指標。

開發單寧酸檢測法偵測亞鐵、金和銀離子

近年重金屬汙染問題日益頻繁,許多重金屬檢測方法問世,但大多繁瑣且成本高昂,發展快速且簡便的檢測方法刻不容緩。本研究利用單寧酸與特定金屬離子反應後有顏色變化的特性搭配比色法,同時探討單寧酸與Fe2+、Au3+、Ag+間的配位關係,並藉其開發出簡易、快速且方便檢測環境水樣中金屬離子(Fe2+、Au3+、Ag+)的方法。優化條件下,本方法針對Fe2+、Au3+、Ag+線性偵測範圍分別為0.67-100 μM,0.75-100μM及0.37-100μM,涵蓋環保署水質監測網的監測標準。且本方法於真實水樣(溫泉水、生態池水)中檢測的添加回收率在85%~120%間,符合分析化學領域要求。可見單寧酸作為化學探針為一可信度高、簡便且可用於實際水樣中的檢測方法。期望能推廣至大學以下機構,定期把關環境水樣。

原音重現—自動太魯閣族語語音評分系統

近年來原住民語使用逐漸減少,面臨傳承的危機。本研究製作太魯閣族語音評分系統,希望幫助人們學習太魯閣族語。利用原委會網站的音檔和田野調查收集錄製的族語語音與族語老師的評分為本研究的研究語料,以Kaldi為語音辨識框架來製作語音辨識模型。對模型輸出的音素與正確單詞進行字串相似度計算,將計算數據與模型產出的發音品質分數作為選擇模型的依據,透過機器學習方法選擇最接近族語老師評分的模型。以此模型計算研究語料,再以機器學習製作一個七成正確率的評分分類器,最後實作出評分系統網站。此網站除了可以學習族語之外,也可以幫助未來繼續收集更多語料,提高評分系統的正確率。期望幫助人們學習太魯閣族語,讓原住民族語原音得以重現。

瓦斯爐節能熱水器

第一代版的瓦斯爐節能熱水器製作是在爐架外圈包一層薄的銅片,增加熱收集面積,銲接銅管環繞外圍通水循環收集熱能,二代瓦斯爐節能熱水器製作的水路是在設計在瓦斯爐節能熱水器裡面,熱收集面積效率更佳,水道收集四面八方熱量,這樣產出的熱水溫度比一代高。我們將瓦斯爐節能熱水器做成內凹式斜面,這樣火到鍋底時會在將熱能反射到瓦斯爐節能熱水器斜面,讓熱能更集中在鍋底且防風效果佳。 系統功能方面,當瓦斯爐開火後,「瓦斯爐節能熱水器」溫度感測器偵測到溫度上升時,水循環便開始啟動回收熱量。設有水位偵測器,當儲水桶內水量有變化時,顯示介面的水位指示燈會顯示訊息。熱水管路有加裝洩壓閥保護,避免壓力過高造成危險。使用者也可以透過手機APP 監控系統情況。

〝 風起水湧 〞 --- 綠能魚塭水車效能之研究

全臺魚塭因全天候用電開啟的增氧機衍生非常大的費用 ,我們可以利用魚塭的水和風力製做綠能水車增氧機來節省電費。 本實驗主要製做打水曝氣系統,包括 : 八葉垂直型風車、阿基米德汲水器、垂直式阿基米德螺紋葉風車、水車,各個裝置之間可以有效地動力轉移。 以管長、噴水口寬度、輪軸比、長寬比等變因測量整個系統的噴水量及轉速,藉以評估一個有效的打水曝氣系統。 研究結果顯示:阿基米德汲水器的管長越長得到越高的灑水水柱,噴水口越寬得到水柱的水量越大,輪軸比及長寬比越大的風車能造成整個系統的轉速提升、噴水量變大,合力的結果使水車得以有效的打水曝氣。 我們成功製做出一個有效結合綠能(水力、風力)的打水曝氣系統。

粗糠「鋅」用途—以廢棄稻穀灰為主要原料製備氧化鋅結晶釉之研究

本研究文獻探討並將碾米後剩餘的稻殼灰為主要原料製備鋅結晶釉及實驗含稻殼灰之鋅結晶釉的各種變化並以溫度控制法,將美麗的矽酸鋅結晶體留下來,研究結果含50.66%稻殼灰釉式升至1240℃後,在40分鐘快速降至成核期在攝氏1120度,持溫1至7小時均能產生美麗的結晶。產生結晶的氧化鋅重量百分比為25%,若想追求藝術上的美感,氧化鋅重量百分比可在26~30%為佳。結晶成核時期的持溫時數,與結晶核數量及結晶最大粒徑成正比。鋅結晶生成燒製須以氧化的氣氛燒製,還原燒的火焰及缺氧狀態會干擾結晶生成。含50.66%稻殼灰之釉製成建築磁磚用釉在硬度及耐酸鹼測試均滿足台灣CNS磁磚品質規定,使用廢棄稻殼灰為主要原料製備氧化鋅結晶釉可大幅減少釉用原料成本。