全國中小學科展

第63屆--民國112年

「膠」出奇「雞」─比較不同酸液與萃取溫度對雞爪明膠品質差異之研究

本研究以低價畜產副產物─白肉雞(Broilers)的雞爪為原料,試驗一將其浸泡於不同酸液中進行膨潤,再經熱萃取後形成之凝膠以醋酸組具有最佳之外觀、質地剖析數據、截切值、色澤分析數據及固形物比例,顯示以「雞爪」作為原料時,採用醋酸作為其膨潤劑較其他酸液更為適合。試驗二將膨潤後雞爪以不同溫度進行熱萃取,結果顯示,低溫組(70℃)和高溫組(95℃)均具有良好之質地剖析和色澤分析數據,但高溫組於感官品評時均獲得各項目之最佳喜好度和最高的總接受度。綜上所述,雞爪以醋酸膨潤後再以95℃進行熱萃取可得透明亮白、滑順而富有彈性之凝膠產品,未來再經澄清乾燥處理後可作為食品改良劑或凝膠類點心的原料,實現將低價副產物轉變為黃金的可行性。

面面俱到-利用震源分布建立斷層面

為了降低鑽探所耗費的資源和資金,我們開始思考如何運用低成本的方式去呈現地底下的世界,發現可透過地震震源迴歸出板塊隱沒帶,萌生出運用地震震源計算斷層平面的方法,因此我們用「2018/02/08吉安地震」、「2022/09/17關山地震」、「2022/09/18池上地震」、「2022/09/18富里地震」、「2022/06/25 光復地震」、「2018/02/06花蓮地震」這六個地震為參考資料,並且使用Python-sklearn中的LinearRegression函數建立線性迴歸模型且使用 fit 函數對模型進行訓練,最後用3D列印的方式呈現出花東縱谷與中央山脈斷層的差異,可發現兩斷層皆為南北走向,花東縱谷斷層的角度為68-54度,且由北到南傾斜角度漸漸趨緩,但皆為東傾,而中央山脈斷層則為西傾,角度皆在60度左右。

阿摩尼亞__拜拜!——以電化學氧化法去除廢水中的氨氮

本實驗研究目的是以電化學氧化法降低廢水中的氨氮濃度,藉由使用石墨導電塗層/壓克力電極,改善石墨機械強度低的問題。我們使用導電度計法測量水溶液導電度並計算其氨氮濃度,處理後的廢水濃度符合台北市放流標準,且去除率皆高於75 %,比配置的氨氮溶液高,可知電化學直接氧化法更適合應用於處理實際廢水。本研究的副產物硝酸鹽濃度皆低於1.19 ppb,對實驗影響極小。實際處理廢水時,使用石墨導電塗層/壓克力電極所需的電耗能相較於使用石墨電極減少約93 %,但能和使用石墨電極達到相同的去除率。

烈日當頭「糟」亮你我-探討金門高粱酒糟萃取物作為防曬品之可能性

金門高粱酒糟年平均產量約7.2萬噸,目前多數以廢棄物方式送台處理,因此,我們希望以環保角度思考,試圖找出酒糟其他應用的可能性。過去研究曾發現酒糟萃取在紫外線波段有較高的吸光值,我們推測其具有防曬的潛能。因此以水、甲醇、丙酮、乙酸乙酯、甘油等溶劑在不同溫度中萃取酒糟,並進行紫外線阻隔實驗,結果顯示,當厚度足夠時,以甲醇70℃、甘油50℃、70℃及丙酮70℃萃得樣品對於紫外線A及紫外線B能有100%的阻隔;而在陽光下,以甲醇70℃萃取樣品以1:1比例混合護膚乳時,可達71%的阻隔效果;塗抹人工皮的實驗中,也以甲醇70℃樣品混合絲瓜水的效果最佳。本實驗初探得酒糟應用於防曬之可能性,希望能創造環保再生又高經濟價值的酒糟利用模式。

Do It Myself – 智能射箭訓練系統

為了精進射箭的能力,我們開始研發「智能射箭訓練系統」,並透過該裝置判斷舉弓、拉弓、放箭速度等數值,讓使用者能清楚地知道現在的姿勢是否有達到射箭時的標準動作。本實驗分為四個大方向進行操作:穩定、力量、精準度、以及計分靶。為了找出符合選手最合適的射箭動作,我們另外以一名選手的舉弓高度(130cm)及拉弓距離(57cm),做出固定射箭模擬器。透過該裝置發現:該選手於10公尺距離時,傾角 -1.2 ~ - 0.2度能夠命中九分的範圍。除此之外,我們用紅外線感應框、投影機與scratch程式製做出互動計分靶。透過裝置,便可以快速紀錄下射箭時的分數和落點。我們將整個設備整合為成完整的智能射箭訓練系統,供使用者能夠快速且精確的矯正自己錯誤的射箭姿勢及方向。

「睡睡」平安-扁蝸牛的休眠行為之探討

我們探討扁蝸牛休眠行為發現:一、休眠時殼口有透明或白色薄膜;休眠以垂掛黏壁、倒掛黏壁、殼口向下及殼口向上;攝氏27度相對溼度50%開始休眠,相對溼度75%時沒有休眠;偏好向光源於深色及光滑面休眠。二、休眠後醒來伸出先以腹足推開薄膜;殼口透膜比白膜先醒來伸出;相對溼度提高與同伴喚醒是影響醒來伸出的要素。三、喚醒行為以接觸薄膜,或爬過螺殼;喚醒行為對同伴影響有薄膜破洞、薄膜變透或伸出爬行;喚醒同伴1隻的比例最高;飢餓及飽食組在菜園對同伴都有喚醒行為。四、只有成蝸對成蝸有接觸膜的喚醒行為;距離小於2cm時會接觸膜喚醒同伴的比例較高;推測喚醒行為不是為了吃薄膜,可能是為利於族群生存繁殖的利他行為值得進一步研究。

構造、力學與能耗比較淡水螺的仰泳機制

我們發現扁捲總科的囊螺(Physella acuta)與椎實螺科的台灣椎實螺 (Lymnaea swinhoei)親緣關係稍遠,但卻擁有相似的外型並具有奇特仰泳動作,推測兩者應適應相似環境而演化出相似構造與行為模式。研究顯示,囊螺比起台灣椎實螺擁有較佳的翻身仰泳能力,其螺殼質量不均的特性使其產生比椎實螺大1.7倍的力矩助其翻身仰泳,另外囊螺氣囊有著比椎實螺更大的儲質比助其浮沉調節。漂浮方面,囊螺腹部一半浮於水面所產生的表面張力即可支撐其漂浮,而椎實螺的漂浮仍需氣囊協助,無法單靠表面張力。能量耗損上,仰泳比水中爬行擁有近百倍的節能效益,使兩種螺類皆願意承擔被掠食者發現的風險執行仰泳。未來期待以仿生概念將仰泳的運動模式延伸結合,打造出更節能省電的水中移動設施。

如「膠」「飼」漆—天然黏膠作為魚蝦飼料中的黏著劑

本研究透過預備實驗,發現日常生活中方便取得的天然黏膠可作為魚蝦飼料黏著劑,接著設計三個部分實驗進行探討,分別為(一)飼料對水質的影響、(二)飼料對魚蝦飼養環境的影響、(三)飼料對魚蝦的誘食性。研究結果發現,天然黏膠中以秋葵膠最適合作為飼料黏著劑,其綜合水質數值穩定、具較佳魚蝦誘食性、飼料無發霉情形等特質。而自製飼料經烘烤可加速其固化,但高溫除了會影響飼料內營養組成,也會使飼料膨脹形成浮粒飼料,而不適用於底棲動物。飼料總表面積越大具有較佳的魚蝦誘食性,但相對的其對水質具有不良的影響。本研究結果包括TDS數據、七合一水質測試、易發霉與否、製作方便與否等,提供大眾自製魚蝦飼料時應用參考。

搖出超級電容

本實驗利用椰子殼、甘蔗渣和茶葉渣等廢棄物,高溫鍛燒製成不同碳源。與傳統活性碳相比,這些碳源具有更多的表面官能基和中型孔洞,是超級電容的理想材料。我們在製造超級電容時,以氮摻雜的活性碳和特殊膠黏合,並添加不同種類和濃度的電解質(如H2SO4、KI、KNO3、KOH)進行實驗,測試其有充電和無充電狀態下的電容值變化。我們成功找出最佳超級電容製造條件,即椰子殼鍛燒於600℃、以H2SO4作為電解質,其充電後的最高電容值達200mF/cm2,且在7天內保持穩定,未出現衰退現象。透過CV圖可證實,此碳材的反應是完全可逆的,非常符合超級電容的性質。這些廢棄物的轉化為高功能性、高附加價值的優秀電子產品,不僅輕巧且便於攜帶,更具有高穩定性,完全符合綠色化學的精神。

衛星影像分析-集集攔河堰水體計算

本研究利用福爾摩沙衛星5號及Sentinel-2之衛星影像監測2018-2023年集集攔河堰集水區的變化量值,並利用Semi-automatic Classification Plugin(SCP)及Normalized Difference Water Index (NDWI)兩種指標運算方式,比較集集攔河堰的水體面積變化及兩種指標的差異與應用。結果顯示NDWI相較於SCP更接近水利署所提供的航照資料,因此NDWI在測量水體範圍上具較高可信度。 如果用(面積×水位高度)無法真實計算可利用的水資源,因為水面下的沉積物會隨時間增減或遷徙。因此我們利用地表輻射值與數值高程模型(DEM)模擬水下的沉積物堆疊情形。為證實地表輻射值與地形有關聯性,因此利用水利署光達剖面圖資與本研究計算結果比對,發現乾季時模擬結果與光達實測地形資料高度相似。