第63屆--民國112年

我們在照顧陽台的盆栽植物時，發現加壓噴瓶無法完全噴灑到盆栽的每一個角落，因此研發了「水龍捲噴瓶」，並希望將本產品應用在大樓陽台以外的花園、菜園或草坪。本研究中我們主要探討影響水龍捲噴瓶的噴灑範圍面積的因素，以及如何讓它的噴灑範圍最廣，最有效率。我們比較了一般市售的加壓噴瓶與我們改良的水龍捲噴瓶，發現水龍捲噴瓶的噴灑面積較大、可較快速的將瓶內的水噴完，且讓植物得到足夠的水份。除此之外，它也是一個不需插電、不需接水管的節能省水裝置。根據實驗後的結果，我們有了以下發現：放置噴瓶的位置愈高、噴瓶加壓次數越多產生瓶內的壓力愈大、水管長度愈短，水龍捲噴瓶的噴灑面積就愈大。

我們曾於網路影音平台中看到有趣的風動陀螺影片，激起我們想進一步研究風動陀螺無限旋轉的秘密。本文主要針對「扇葉設計、陀螺配重、循環扇」三個部分探討：發現（1）風動陀螺扇葉長度影響轉速但沒有改變穩定度（2）風動陀螺寬度會影響陀螺轉速與穩定度（3）扇葉形狀以圓形最佳（4）當傾角位置為1cm角度15度時，陀螺轉速最快且旋轉穩定（5）於陀螺中心配重或配重於扇葉下方都能提升轉動穩定度（6）限制陀螺旋轉範圍，半徑越小轉速越快但越不穩定（7）當循環扇中央遮風板半徑大小改變時會影響陀螺轉速與穩定度（8）陀螺與循環扇的半徑比會影響轉動穩定度，最佳範圍在0.5~0.8。

本研究採集三種絲狀藻，包含鞘藻(Oedogonium sp.)、剛毛藻(Cladophora sp.)、和黑孢藻(Pithophora sp.)，利用這三種絲狀藻來製作藻紙，採用的製作程序是『採集原料→曬乾(或不曬乾)→漂白(或不漂白)→加熱(或不加熱)→打碎(不同時間)→抄紙→取出壓乾』的各種變化，製作了超過119張的藻紙，並和市售的影印紙比較外觀、重量、厚度、透光度、吸水性、吸油性、抗張力性、耐折性等性質，認為藻紙的品質不會比一般的手工紙不好，如果可以針對製作原料和製作程序多作試驗探討，一定可以做出品質非常好的手工紙張。利用絲狀藻為原料來製作紙張，除了減少樹木的砍伐，而且因為製作的過程不需要為了溶解木質素而使用鹼液，可以降低對環境的影響，是值得推廣的一種造紙原料。

此主題是探討水在傾斜表面上流動時所產生的水階現象。實驗結果，表面傾斜角度、單位時間的水流量、水的流速、表面粗糙度及表面材質等，皆會影響水階現象的產生。表面粗糙度越大，水階現象越明顯，水階是因為前方的水流流速因為摩擦力變慢，而後方水流追上前方，累積的結果就產生了水階現象。板子傾斜角度介於3度到60度之間皆會產生水階現象。傾斜角度越大時，其產生水階現象時的最大水流量值，卻顯著變小。原因是傾斜角度較大時，將造成水流速較快，若再加上水流量較大，大量的水就會相互覆蓋而無法產生水階的現象，因此角度大時反而要小的水流量才能顯現出水階現象。表面若為疏水性材質，造成水流集中而無法擴散流動，亦無法產生水階現象。

本研究探討二氧化碳可以取代氧氣，當作空氣電池運作的氣體，並透過碳粉改質增加吸附二氧化碳的效果，提高發電效能，以研發鋁/二氧化碳電池。設計封裝灌氣的電池盒，測試在不同氣體環境中的發電效能；以蛋塔型電池比較不同碳粉的發電效能與其二氧化碳吸附力的關係；用微波膨脹脫層法和植物色素、化學吸附劑進行碳粉改質。研究發現在少量氧氣時，CO2可以做為空氣電池運作的氣體；備長炭、活性碳適用以化學吸附劑改質，石墨導電性佳，微波脫層後吸附CO2效果和導電性都更加提升，是做電池的好材料。最後研發平板型抽取式鋁/ CO2電池盒，在持續提供二氧化碳下，可驅動小型馬達，且能讓LED燈發亮達12小時。二氧化碳電池可同時將二氧化碳吸附與發電。

本研究探討黃胸錐腹蜾蠃(Delta pyriforme)交尾、做巢、產卵、育幼等生殖行為。結果一雌雄壺蜂平均性成熟為77±10.8、63.7±5.7小時，交尾結合只有11秒。結果二壺蜂用大顎與前足以0.8×10-3m/s速度拍打泥球，讓巢固定成形，結蜂繭後巢硬度達4269gw。結果三受微風影響卵搖9.3次/s，此時卵柄的張力對卵做出164.3nkg.m/s衝量值，當衝量越大、卵搖晃時間越長、停下時間要越久。結果四壺蜂會依不同體型獵物，施予不同的力搬運回巢，被麻痺獵物血液流速為1.64~1.13cm/s，氣孔被打開494%，以延長獵物壽命，有助於壺蜂幼蟲攝食，達到育幼後代的目的。

巴拿馬病是由尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum）透過分泌毒素，引發香蕉植株死亡。目前無有效防治手段。以植物萃取物作為病蟲害防治手段為現代非農藥防治策略的重要發展方向。本研究以肉桂酒精萃取物，在抑菌測試結果中，發現具抑制尖孢鐮刀菌生長的功效，結果呈現濃度及時間相關性，最低有效濃度介於30～35（mg／ml），藥效時間可持續至少八天，效果的穩定性不因高溫高壓環境處理而受影響。萃取物主要成分為香豆素。此外，使用五種經濟作物進行對植株的毒性測試，在有效濃度下，不影響其生長。另外，也發現對於玉米反而有促進生長的效果。本研究證實，肉桂酒精萃取物具抑制尖孢鐮刀菌的功效且在有效濃度下不影響作物生長，甚至可能具有促進生長的效果。

本實驗探討皇宮菜為適應乾旱的訊息調控機轉，我們發現不同生長階段耐旱程度不同，具耐旱力的成熟植株透過氣孔密度提高、氣孔簇發生和降低氣孔張開度，來減緩水分蒸散速率以維持葉子含水量，同時也發現皇宮菜在乾旱脅迫下過氧化氫的提高。我們噴施過氧化氫於耐旱力低的幼苗葉片，結果顯示氣孔密度和氣孔簇增加以提高葉片含水量，增強幼苗的耐旱性。當以抗氧化劑處理會降低成熟植株的抗旱能力，且進一步證實過氧化氫參與ABA的訊息調控機轉，改變表皮細胞形態和氣孔分布，並透過鈣離子調節氣孔運動優化氣體交換效率，達到減少水分散失維持光合產量，此有助於理解作物在乾旱下的氣孔發育模式，作為影響作物產量和土壤節水可能的潛在機制。

夏日經常看到市場的阿公阿嬤在拍瓜聽音選瓜，令人疑惑拍西瓜真可選中好吃的西瓜嗎？正巧六年級的自然課中學到音叉敲擊時的聲音振動及頻率高低關係，引發我們的聯想：可以應用AI人工智慧的聲音辨識技術來正確辨識西瓜的新鮮／成熟度 ，甚至利用手機 App進行有效判別嗎？ 本研究中發現： 1) 不同位置的果肉，甜度也會有所不同；不論大小顆，西瓜中心果肉是最甜的部份；2)西瓜的密度與西瓜甜度無明顯相關；3)冬天西瓜放置兩週（成熟）可能達到最佳甜度，放置四週（過熟）甜度則大幅降低 。 本研究有兩項設計：1)製作一款固定敲擊力量的敲擊器；2)全國首創西瓜新鮮／成熟度辨識App，可以讓消費者方便地用手機即可挑選成熟好吃又甜的西瓜，這是本研究最大貢獻。

「康威生命遊戲」是一款在1970年由劍橋大學數學家約翰•康威（John Conway）發明的單人遊戲，由棋盤構成的細胞組成，可以模擬邏輯閘元件，並且可以構建簡易計算器。 研究者在建構加法器和減法器的過程中，發覺手動放置電路元件非常耗時費力且容易出錯。為了解決這個問題，研究者決定開發一個能自動擺放元件的程式，以節省布局和放置元件所需的時間。參考了電子設計自動化(Electronic design automation)的概念，使用Python語言結合康威生命遊戲的應用接口模組，開發了一款自動電路布局程式。只要輸入邏輯電路的布林函式，就能自動設計、布局和放置元件，大大縮短了製作邏輯電路上的時間成本。因可直觀地展示訊號的傳遞和邏輯閘的運作，也有助於學生理解邏輯電路的運作原理，應用於教學。