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第64屆--民國113年

自製分光儀原理及其應用

當代科學研究中,分光儀已廣泛應用於諸多領域。然而其高昂價格往往阻礙了們親近科學的想望。因此,本研究以三稜鏡等平價材料,結合Tracker Video Analysis and Modeling Tool軟體製作分光儀,並應用於分析領域。熱力學方面,成功測得鐵III離子與硫氰根離子錯合反應之平衡常數;化學動力學方面,成功測出碘鐘反應之速率定律式,並求得其活化能。實驗結果與先前研究文獻相當接近。雖然本研究自製分光儀在觀測範圍、精確度等面向遜於專業分光儀,但其簡易的操作程序與準確的實驗結果仍印證了其實用性與可靠性。換言之,本研究從低成本材料出發,以當代普及科技為支點證明此模式能夠槓桿出許多應用。

羽視推移-運用傳動機構及影像辨識製作自動化羽球收集器

練習打羽球時,撿球這個過程不僅消耗體力,還會浪費許多時間。為了解決這個問題,我們著手製作一臺能夠自動撿球的裝置。第一代裝置利用皮帶輪將羽球彈至集球箱內,並用藍芽搖控車體移動。第二代裝置利用Teachable Machine與 Pixetto鏡頭進行影像辨識,並撰寫程式控制車體移動至羽球位置。為了避免羽毛球撞擊鏡頭,第三代裝置將撿球機構改為輸送帶,使其更穩定地進入集球箱內。但是束線帶長期使用容易變形,為了提高撿球的成功率,第四代裝置再次改變了撿球機構,結合第一代與第三代的想法,利用齒輪將羽球轉入裝置後由鍊條運到後方由日內瓦機構做成的集球裝置內。過程中利用了機構與結構原理設計車體,以及影像辨識的訓練與程式設計,做出了可以自動化撿球的裝置。

多孔隙有機金屬框架材料高效延長驅蚊成份釋放之研究

本研究採用綠色製程合成MOF:UiO-66-NH2、MIL-100Fe,雙溶劑置換移除客體分子後以HEVA提升晶性。高溫和長反應時間可提升UiO-66-NH2產率,但超過20小時產率差異小;劑量等比例增加時產率下降,高劑量使反應系不均而降低產率;合成時先加EtOH再加ZrCl4可減少受潮分解而提升產率。IR測定確認Icaridin才有的C-H特徵峰,證實UiO-66-NH2對Icaridin具吸附性。TGA測試出UiO-66-NH2吸附Icaridin後熱損率相較於純UiO-66-NH2變低,佐證其吸附性。TEM檢測證實主客體分子作用具分子自組裝現象。NMR製作檢量線估算MOF洗脫液中防蚊成份含量,發現UiO-66-NH2對Icaridin的吸附性優於其他防蚊物質。BET測試UiO-66-NH2具高比表面積和大量微孔結構,適合吸附實驗。散失試驗證明MOFs能高效延長防蚊物質釋放,MOFs散失防蚊物質主要是物理散失。

內切圓半徑與分割點的幾何探索

本作品靈感來自於其中一題日本算額問題(Sangaku problem)。該題是將一正△ABC的三邊上依固定比例各作其內分點,並由三頂點與各邊內分點連線段,此三線段會將△ABC被分割成四個三角形(如圖二)。本研究改變其分割方式,研究題目為:在△ABC中,L、M、N分別為 ̅BC、 ̅AB、 ̅AC上一點,若△AMN、△BML、△CLN之內切圓半徑相等,則△ABC內切圓半徑等於△LMN內切圓半徑加三等圓半徑。此外,本研究找到△ABC各邊上三點L、M、N的相對位置,並透過二次體擴張的概念說明L、M、N三點的相對位置是能夠利用尺規作圖實現的。最後也計算當△LMN存在時,三等圓半徑(r)的上界。從上述的分割三角形的方式擴展至正n邊形時,也將原先在ABC中的分割手法延伸至正n邊形和正四面體進行研究。

非對稱反摺溝槽陣列過熱表面之液滴自推性能及冷卻效率

工業中時常會運用噴霧冷卻(圖0.1),以液滴的潛熱變化冷卻高溫表面。因此為了提升高溫噴霧冷卻的效率,本研究基於過往文獻與(Hsu,2023)共同研究微奈米結構表面ARG上液滴的碰撞運動,並由實驗推論高溫表面蒸氣層和氣泡推力的作用。接著由單一液滴碰撞實驗推導實驗和理論受力模型並進行比較。最後進行單一液滴冷卻實驗並推論連續液滴冷卻實驗結果。本研究發現ARG表面的各運動特性均優於文獻,且利用液滴的受力更全面地了解液滴運動和冷卻效率的關係,更在最後驗證其冷卻效率優於對照組,並發想探討連續液滴冷卻的實驗方法,以更貼合工業上實際的噴霧冷卻。經過此研究,ARG表面能夠實際應用於工業上高溫表面的噴霧冷卻。

「咖」讚!「啡」典型環保水泥磚-水泥砂漿取代配比強度之探討

水泥是生活中不可或缺的原料,卻是碳排大戶,約佔全球7 %。另一大環境負擔是全球每年產出超過1600萬噸的咖啡渣。本次研究將利用碳化咖啡渣取代水泥砂漿中的砂石,並降低水泥使用量,找出黃金配比,製作出環保且具有相當強度的水泥磚,目的是能降低製造水泥磚時所產生的碳排。 從強度討論,設計【不同尺寸水泥磚的強度】、從原料中探討【碳化咖啡渣取代砂石比例】、【降低水泥使用量】,從實際運用上測試【水泥磚透水】、【水泥磚隔熱】、【摩擦力測試】。 實驗歸納,利用碳化咖啡渣取代20 %的砂石能維持一定強度,且降低水泥19.8 %的使用量仍有A級水泥地磚標準,黃金配比水泥磚,不但製作出高強度且輕量化的水泥磚更可以降低25 %的碳排放。

就是砂得住─公路緩速道影響因素探究

本研究發想自國外公路減速車道,以降低剎車失靈之大貨車災害,思考能否應用於我國下坡易肇事路段之可行性。研究小組選定砂土顆粒、鋪設厚度、平整程度、車體重量和速度作為變因,並透過模擬實驗來研究這些變因對減速效果的影響。實驗發現,以篩網選定舖面粗細與鋪設厚度會影響減速效果,不同顆粒大小和鋪設厚度的砂土會影響減速效果,其中細砂與5公分厚度的鋪設最有效。此外,海底淤泥和牡蠣殼粉的減速效果較差。實驗還發現,顆粒和鋪設厚度的關係並非線性,且不平整的表面和流動砂床狀態可以增加阻力,提升減速效果。車體重量和初速度也會影響減速效果。根據這些結果,研究小組提出了在台灣下坡路段設置環保型流動砂床減速車道的設計建議。

彎月形冷卻增幅器

全球碳稅、碳權、碳交易即將推行勢必對國家及企業產品貿易額造成衝擊,台灣位於亞熱帶又因溫室效應增加全台用電量造成碳排放亦加劇。然而,台灣屬於貿易出口的國家若沒有做好減碳問題將對企業產品徵收稅。 因此,本研究利用石膏粉來製作冷卻管的主要材料,裡面還加了硅藻土來增加我們的吸水性及蒸發效率。將冷卻管設計成二種型式的冷卻增幅器,一個是嵌入 式、另一個是堆疊式。將這二種冷卻增幅器配置在小型空調系統的冷凝器進風口處進行降溫。結果發現,使用堆疊式冷卻増幅器效果較好,與未使用的系統耗電量差10瓦以上。

微控制器智慧之旅ㄧ8051與深度學習

本研究旨在將AI深度學習應用於8051開發板的數字辨識,希望在低功耗的情況下進行AI實作來達到環境保育的目標,探討在硬體受限的情況下如何操縱硬體並使用Python進行參數訓練。通過對不同層數和學習速率的實驗,我們發現兩層層數和0.01的學習速率能取得較好效果。在模型訓練中,我們運用了Cross-entropy計算Loss值,並探討了不同Learning rate對Loss值的影響,以及不同Layers對Loss值的影響。此外,我們還討論了深度學習與機器學習的差異,並介紹了8051開發板的基本原理和應用。未來,我們將繼續改進模型效能和準確性,並優化硬體設計和性能,以應用深度學習技術於更廣泛的領域。

且滾且停,隨液而動~自製緩速車滾動之研究

本研究在探討容器內容物影響滾動的狀態分析,進而研發出能自動緩速以滾、停、滾、停方式下坡的車子。我們研發自動計時裝置及可調式坡度裝置並使用 無線運動位移感應器以及Tracker 軟體來分析實驗結果,實驗結果發現 影響容器滾動狀態進而達到緩速下坡的因素有:容器種類、流體黏滯度、流體容量、斜坡角度及容器內含物。我們也試著利用球體容器來研發製成輪子,最後選擇第三代輪框式球輪組合成球型輪車,透過在不同車輪內控制黏滯液體的容量及添加彈珠的8種組合方式,探討車體緩速下坡的時間、滾動速度及滾動轉角的影響,期待緩速車能在生活中無障礙空間及自動安全載物之應用。