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第64屆--民國113年

台灣厚蟹生態習性與挖洞行為之研究

台灣厚蟹與雙齒近相手蟹是二仁溪河口的優勢蟹種。台灣厚蟹蚤狀幼體具趨光性,幼蟹棲息在高潮線以下,成蟹則在高潮線以上。遇敵會舉起螯足威嚇或躲入洞穴避敵。雜食性,母蟹會吃自己卵堆。幼蟹在水陸交接挖洞,成蟹在遮蔽物下方挖洞,遮蔽物愈大,挖洞率愈大。土表有水挖洞率較高。從石膏模型顯示洞底有膨大空間,洞穴側面像襪子。大多一蟹一洞穴,洞穴先搶先贏,主場蟹會趕走客場蟹,不會固定住某洞穴,會整地並變換洞穴。台灣厚蟹會在人造洞穴棲息,無法辨認自己洞穴。雙齒近相手蟹挖洞率低,洞口寬,愈往下方愈窄,洞底無膨大,洞穴側面像釘子,土表多水會挖水溝狀淺洞穴。雙齒近相手蟹搶奪台灣厚蟹洞穴常失敗,與台灣厚蟹是競爭也是掠食關係。

魔戒三部曲~以物理模型和tracker分析翻轉落體的運動模式

鏈與環魔術簡稱為魔戒,本研究將魔術tricks藉物理模型與tracker軟體分析,化成探討翻轉落體運動物理模式。發展四種物理模型進行實驗、攝影與截圖、tracker分析其S-t、v-t圖和相關物理量,解釋環套鏈成因。包括:1.環套鏈物理模式分為翻面落體期、立環直落期、翻鏈套環期與鏈環彈跳期等階段;2.翻鏈套環期決定環能否套入鏈;3.環套入鏈變因與影響程度為:鏈單位長度重量>環質量>鏈長度>環直徑;4.鏈愈輕、環愈重、環直徑愈大時,環可套入鏈長範圍愈大;5.鏈愈長,第二階段立環直落期時間也愈長,其他階段幾乎相同;6.環重遠大於鏈重時,鏈長會糾纏成多個套結,鏈短則形成半個套結;7.經鐵環兩點雙track過程,得知環翻轉運動軌跡。亦發現,一節節鏈設計亦為環能套入鏈成因之一。

墨墨在舞動~探討以酒精驅動墨滴鋪展的物理現象

本研究是探究以大豆沙拉油為基底相的開放系統中,酒精驅動書法墨滴鋪展的物理現象。透過鋪展面積倍率分析,發現以墨滴當鋪展相比其他顏料更適合,乙醇驅動墨滴鋪展的效果優於甲醇、丙醇及丁醇。基底相的高度會影響墨滴的鋪展倍率及鋪展現象的可重複性。0.054公克的墨滴在油高0.54cm,鋪展倍率最大,聚合效果最好。若油高超過墨滴的理論直徑時,控制墨滴重量在0.031公克,可使2公分高度落下的墨滴以花瓶狀懸掛在油面。驅動液酒精濃度越高,面積鋪展的倍率越明顯;可用酒精調整墨滴表面張力,使墨滴以碗狀懸掛油面,再以酒精驅動鋪展,若酒精墨水表面張力低於31.1mN/m以下,可產生自發性的鋪展現象。上述液體系統可設計成用來認識物理現象科學玩具。

「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。

植物萃取配置乳液之抗氧化、保濕及抗UV成效探討

本次實驗中,我們嘗試從生活常見的食物,如:紅豆、青花菜等十種素材中萃取熱穩定性成份,並製作出含抗氧化、抗UV及保濕效果的乳液。研究結果指出在單一素材的比較中,紅豆具備最佳的抗氧化能力,而黃甜椒則具備最佳的抗UV能力和保濕效果。接續我們選用這兩項素材調配比例並測得抗氧化能力及抗UV能力,其結果最佳比例為紅豆比黃甜椒3:7,保濕效果最佳則為7:3 而 3:7則次之。綜合上述的比較判斷,發現紅豆與黃甜椒比例為3:7時具備最佳的綜合表現,後續期望一般民眾可以在家自製天然環保的乳液,並且兼具抗氧化、抗UV和保濕能力。

柔性光柵其光學特性與力學分析之研究

光柵作為常見的分光元件,應用於許多光學儀器中,但光柵普遍彈性較差硬度較大,使光柵應用受到了侷限,因此本研究以有著彈性佳與易形變特性的PDMS作為柔性光柵的材料,對其不同厚度與彎曲程度進行一系列的測試。為了找出厚度、彎曲曲率與繞射效果之相關性,進行了不同厚度柔性光柵之繞射點分析實驗,由實驗結果可知增加柔性光柵越厚會使其彎曲時第一亮紋改變率增加,反之。為了試驗柔性光柵受到不同施力方式其分光效果是否有所差異,故進行了拉伸與壓縮的方式形變柔性光柵,結果得知其拉伸時軌距會被拉大,壓縮時則會被擠壓變小。研究最後想了解利用PDMS複製類似光柵的結構是否也有分光效果,實驗結果發現指紋能夠分光,希望後續能將其特性實際運用。

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。

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。

雀屏中選 — 母孔雀魚的交配偏好

本研究主要了解(一)人工培育孔雀魚交配偏好、(二)人工培育孔雀魚與野生孔雀魚的交配偏好是否有所不同。透過觀察母魚選擇不同體色或不同熟悉程度的公魚,了解母魚的交配偏好。有以下幾點重要發現(1)對於各種不同體色的母魚而言,牠們沒有偏好特定體色的公魚;(2)在熟悉彼此體色的個體間,母魚偏好與自身體色相同的公魚;(3)熟悉度對母魚的交配偏好有顯著的影響,不同體色的母魚有相似的偏好,不熟悉的公魚最受偏愛,其次是熟悉的稀有公魚,熟悉的常見公魚最不受青睞;(4)人工培育母魚交配偏好比野生母魚更為強烈,暗示有較強的性擇作用(5)人工培育的母魚會偏好較鮮艷的人工培育公魚,而野生的母魚沒有較偏好人工培育或野生公魚。

以三角形各邊生成共頂點正多邊形圖形性質之研究

本研究源於競賽之幾何問題,將其動態化與一般化得到三角形各邊同向生成正多邊形頂點與頂點連線特定的圖形不變性。本研究證明出: 一、兩外延正n邊形與框架正n邊形同相對位置的頂點(分別為Bi、Ci、Ai),與三角形可動頂點K 恆形成平行四邊形BiAiCiK,此為形成不變性之關鍵。 二、當三角形可動頂點之角度為定值θ,則框架角分別為180+180/n-θ及180-180/n-θ度。 三、三角形可動頂點K移動過程中,兩外延正多邊形中以K為起點分別依順時鐘與逆時鐘依序對應之頂點會形成(n-1)組的以底邊中垂線為對稱軸之軌跡,並與K點軌跡形狀相同、大小分別為框架正n邊形第i-3或i-4對角線長度倍數的圖形(若i-3、i-4≦0,則為1倍)。