全國中小學科展

第63屆--民國112年

「海」底「氯」蠵龜~生物可分解的吸管之探究

本研究利用海藻酸鈉和氯化鈣的交互作用,做出可分解的吸管,並改良一台吸管製造機。添加不同材料製作吸管,成功做出很像塑膠的海藻膠吸管,遇到酸鹼溶液會變色的紫高菜、蝶豆花吸管。影響吸管成形速度是氯化鈣的濃度和浸泡時間,以氯化鈣25%浸泡16分鐘最快,海藻膠的最佳比例為2%。製作吸管以沾取法10秒最快,做出來的吸管必須建立在支撐物上。腐化實驗以海藻膠紙吸管1.74g最好,因海藻膠薄膜分解較快,海藻膠吸管1.4g其次,吸管泡水實驗,因為水中沒有微生物,吸管不會被分解。吸管乾燥方式以除濕機效果較好,烘乾吸管的溫度以20度較不容易變形。使用UV光消毒,成功讓菌落數由45個降低成0個。成本估算上海藻膠吸管一枝約0.8元,使用沾取法更便宜。

水乳蕉融~ 探討香蕉皮萃取物對烘焙麵團性質之影響

本研究由香蕉皮在檸檬酸溶液中微波萃取出果膠,希望此果膠可改善烘焙麵團性質,取代人工乳化劑。研究發現以微波萃取法可提高產率約至17.7%;此萃取物被證實具有果膠特質(乳化能力及凝膠特性)。應用在烘焙麵團時,具有調整麵團發酵速度的能力,可加速高糖酵母麵團的發酵速度,節省製作吐司的時間;但對低糖酵母麵團的影響則是延緩發酵速度,適合用在需要長時間發酵的麵團中;萃取物的乳化特性,可強化麵筋結構,使麵團延展性佳,有利保存氣體進而增加吐司體積,也可讓麵團在烘烤過程及吐司保存過程,水分流失較少。總結,添加香蕉皮萃取物可以得到燒減率小,老化速度慢的膨鬆吐司,以香蕉皮萃取出的果膠來取代麵包中的人工乳化劑是可行的。

成雙成對

本作品源自澳洲 AMC 2017 考題,原題要求在8X8方格中塗黑色或白色,但在任一2X2的方格中都需符合2黑2白的要求有幾種排法。 我們用黑、白棋排列方法與前一行相關的特性,找出對偶型連接與自身連接策略,求出原始問題的一般化公式。並延伸至立體方塊時在各方向剖面中皆滿足任意2X2X1的方塊皆有2黑2白的排列數公式。 最後討論以正三角形組成的平行四邊形中,任意4個小正三角形組成的「成雙三角形」中也需符合2黑2白的要求。雖然三角形的組成模式與方格不同,但仍然有排列方法與前一行相關的特性,最終將由三角形組成的2列1行與3列1行的平行四邊形分成數個類型,並求出各類型的相互連接關係,進而找出在2列與3列三角形成雙成對排列數的遞迴關係式。

蜂擁而至

有3隻蜜蜂,同時從蜂巢出發,在一朵花與蜂巢間的連線上,來回等速直線飛行,牠們的飛行速度比為1:2:4,問:在蜂巢與花之間,是否存在某個時刻,牠們飛到同一點? 上述問題取自《科學研習月刊》數學專欄,我們不但解決原題,還將原題推廣到任意隻數蜜蜂,給出求滿足要求的時刻的方法,獲得一般化的結果。 我們還能加以應用求滿足要求的時刻的方法,探討速度比滿足給定一階線性遞迴數列,得到若符合一些條件,就能同時飛到同一點。

以微波輔助水熱法製備鐵鈷合金觸媒應用於陰離子交換膜燃料電池

本實驗使用微波輔助水熱法製備鐵鈷合金。先以不同比例製備鐵鈷合金觸媒並測量其催化效能,比較它們的粒徑、活性後,取最適比例探討合成溫度對催化效能之影響。最後嘗試利用氮摻雜的方式提升效能。經由XRD分析可知合成的鐵鈷合金為CoFe2O4、FeCo2O4屬於尖晶石結構。在SEM-EDS分析後可知,使用鐵:鈷為1:2的比例,其合金粒徑最小。在合成溫度的實驗中,經由XRD、SEM-EDS分析後,發現使用120°C、140 °C作為合成溫度,樣品無法完全形成鐵鈷合金。由極化曲線得知,使用鐵:鈷為1:2的比例,合成溫度為160°C製備的觸媒,其觸媒活性最好。其最大高率可達36 mW/cm2。鐵鈷合金氮摻雜還原出的氮不多,且形成的碳氮氧化合物覆蓋活性位點,使效能不升反降,因此須再調整合成參數。

傳熱密碼~追蹤液體中的熱軌跡

我們的實驗運用「酒精溫度計」、「電子液晶溫度計」及能以物體表面所發出的紅外線觀測物體溫 度的「紅外線熱像儀」來觀察、探討,在熱源下方液體溫度到底是如何逐漸升高?經過實驗發現,這看不見、摸不得的「熱」,在容器中不僅僅只用「熱上升、冷下降」的對流作用升高液體的溫度,同時 也能利用傳導、向下對流,甚至輻射等各種方式,在容器中前進傳遞,使液體逐漸變熱;我們藉由溫度計紀錄液體中垂直的、水平的、離熱源不同距離的溫度變化,以及經熱像儀、染劑和不同性質的油水等工具來觀察追蹤液體中的熱軌跡,拼湊出神奇的傳熱密碼。

以卵黃細胞模擬紅血球在血管中之流動表現與潛在應用價值

本研究藉由觀測雞卵黃細胞在7種生理情況中之運動情形,藉由蒐集相關參數,如細胞形狀、運動速率及其對應側截面積,建模出無需侵入性取血樣,即可評估細胞處於何種生理狀態之模型。111年10月起為求模擬紅血球之較佳研究對象,先建立基本資料,透過各種嘗試,探尋出雞卵黃細胞在經過何種處理後,最適合模擬紅血球運輸型態;接續進行細胞形變與運動速率、截面積、不同生理情形下對應的血液濃稠度……各變項實驗。研究結果顯示,細胞在運輸過程中可藉由轉換形變策略來調節其運動速率。本研究證實影響細胞形變的因素包含血液所造成的流體阻力、細胞質的流動性,特別是當細胞處於酒精濃度≧0.5%的環境時,此時細胞質會限制其形變,導致運動速率無法被調節。

AIOT動物健康浮生錄

本研究以寵物智能自動餵食器相關產品為基礎進行改良,運用影像辨識技術來判斷其健康狀況,目的為改善動物福祉、解決動物與醫護人員之間無法溝通的問題,進而建立一套動物陪伴型照護系統。有效利用這套即時照護系統,可更好地關注動物的情緒健康,及時發現潛在的問題並提供適當的醫療幫助,確實避免飼主因繁忙、對寵物關注度下降而導致動物鬱鬱寡歡等情況發生,具有重要意義。

「鉛啟永恆」~ 自製環保永恆鉛筆

在網路、手機興盛的情況下,一般傳統鉛筆被使用的機會逐漸降低,但鉛筆對小學生而言還是最常用的書寫工具。而近來有號稱「環保永恆鉛筆」,強調免削、免買筆芯還可持久書寫,甚至還被當作精品高價販售。讓身為小學生的我們會想要了解這種新產品的書寫效果、售價、使用的評價等。經過深入了解發現市售環保永恆鉛筆筆芯成分標示不清且書寫字跡顏色較淡;加上為了減少書寫時的施力讓書寫更省力,所以一般傳統鉛筆使用者在選購筆芯時日漸傾向選用筆芯較軟但顏色較深的1B、2B 筆芯。因此我們試著用五金行或市面上就能買到的材料,利用簡易工具與方法自製金屬筆芯,希望能找到書寫字跡顏色比市售環保永恆鉛筆深的金屬筆芯材料成分。

二硫化合物交聯核酸在癌症藥物的應用

化療為癌症主要的治療方式,對正常細胞常造成副作用。為了讓化療藥對癌細胞具選擇性,利用希夫反應的原理,將核酸的醛基和二硫化物的一級胺形成共價鍵結,來設計本實驗。先用鹽酸讓核酸露出醛基,再和二硫化物的一級胺進行交聯。因為癌症細胞內的穀胱甘肽量高於正常細胞,可催化二硫化物的雙硫鍵,使其斷鍵,而釋放出裡面包覆的化療藥。搭配乳化反應,藥物載體在電子顯微鏡下為球型,粒徑是 55.89~115.7奈米,界面電位呈現負電。隨著 pH 值 3 往 10 變化,粒徑有變小和電位變更負的趨勢。載體在與兩種正常細胞共同培養後,呈現高存活率,顯示對生物體無毒。在模擬癌症的微酸環境中,二硫化物載體,相較於對照組,可釋放較多的化療藥。