全國中小學科展

第64屆--民國113年

澆土作戰~智慧化澆水系統對學校菜園的影響

本研究從112年12月開始,利用土壤科學及科技的方式來嘗試解決學校種菜的難題,像:作物長得不好及澆水困擾。本研究結果如下:菜園各區的土壤質地均為砂質壤土;土壤酸鹼度均略高於參考值為鹼性;土壤有機質大部分都小於3%;土壤鈣、鎂含量大部分都大於參考值。利用自製的設備得到菜園各區的土壤體積含水量與溼度感測器感測值的關係公式及對照表,可當成智慧化澆水系統設定使用,自動感測改良作法比手動感測作法更方便,所測得的關係式R2值更高達0.9672;自製的智慧澆水系統可以跟農改場推廣的樂農系統有一樣的澆水功能,其澆水參數需配 合作物及土壤質地來微調整;在土壤有機質較高的區域種植福山萵苣,搭配足夠的施肥及澆水,可使福山萵苣長得較好。

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。

美美之光-利用原住民特色染料改善染敏電池的發電效率

本研究源於對阿美族傳統服飾中使用的薯榔染料的興趣。傳統上,阿美族服飾以白色和紅土色為主,其中紅土色來自於薯榔染料。透過與長輩的交流,我們了解到薯榔染料不僅用於染色衣物和紗線,還能用於棉麻製成的魚網,增強纖維的韌性並抵抗海水腐蝕。 隨著太陽能發電技術的進步,特別是染料敏化太陽能電池(DSSC)因其製作簡易和成本低廉而受到關注。我們的研究旨在探索將薯榔染料應用於DSSC,取代或混合傳統化學染料,以期提高電池的發電效率和耐久性。這項跨領域的研究不僅致力於傳統文化的保存,也尋求可持續能源技術的創新途徑。

多組學分析確定STING1為膀胱癌的預測因子

全球每年約 165萬人罹患膀胱癌,其中死亡人數高達20萬,為癌症相關死因中第九名。手術治療後的五年內復發率高達31%至78%,造成健保極大負擔。本研究決定從傳統生物學轉向生物資訊學,透過基因多組學分析來診斷癌症。STING1(干擾素反應刺激物cGAMP交互作用子1)能編碼跨膜蛋白,主要調節細菌與病毒感染的先天免疫反應。因此,本研究用GEPIA2、UALCAN、cSurvival、與UCSC Xena來探討不同表現量與存活率的關聯,用cBioPortal來進行基因變異分析,用STRING、GeneMania和TIMER2.0來確定STING1與基因的交互關係,用LinkedOmics與Gene Ontology進行了基因富集分析,用TISIDB與TISCH1評估STING1在腫瘤環境中的作用。從此尋找到明確的預測因素、理解 STING1在BLCA中的潛在機制,為BLCA開闢新的治療標靶療法。

探討聖嬰現象對黑潮的影響

本研究探討聖嬰現象對黑潮的影響,地域聚焦於北緯20度至25度、東經120度至126度的台灣周遭海域。將流速最大軸定義為黑潮主軸,分季節討論黑潮主軸離岸距與聖嬰指數的相關程度,考慮季風、地形、渦旋等變異因素,也計算迴歸直線方程式進一步建立關聯模型;討論黑潮主軸流速和聖嬰現象的關聯,藉相關係數與外部環境因子觀察。後發現聖嬰現象與黑潮主軸離岸距、黑潮主軸流速皆有所相關,相關程度在年際變化上不甚明顯,而是因應季節與緯度變化有不同程度的相關。

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。

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。

翻牆逃逸的酒滴-馬拉哥尼效應在直筒玻璃牆上的翻牆現象

本研究主要探討垂直的馬拉哥尼效應(Marangoni effect),應用於酒精溶液的翻牆逃逸現象。酒精裝入玻璃杯中,因杯內酒精溶液會沿著玻璃杯爬升產生「腳」,且杯壁上的酒精有著較大的蒸發量使表面張力變大,進而產生表面張力差,杯內表面張力較小的酒精會持續藉由「腳」往表面張力較大的杯壁酒精累積與上升,如同脫離地心引力般的向玻璃杯壁上移動。當杯中酒精溶液的液面較接近杯口時,液滴將逐間累積至杯口處,持續在杯口處藉由「腳」拉引並與杯口上的液滴相互結合,逐漸向杯口外圍累積,最後成功翻牆逃逸。後續實驗嘗試使用市售食用酒品、丙二醇和丙酮等各種不同溶液探討翻牆逃逸情形。在延伸研究中,從廣口瓶的瓶頸發現「腳」蒸散與拉聚會產生脹縮的呼吸現象。

建立大生熊蟲檢測硝酸鹽模式

本研究以大生熊蟲(Macrobiotus sp.)為對象,建立其自體螢光檢測硝酸鹽模式,可以解決使用大生熊蟲檢測硝酸鹽時活動與隱生狀態難以判斷的問題。在建立此模式的過程中,嘗試利用雷射與LED激發大生熊蟲自體螢光,與濾光片阻隔激發樣本後反射光效果,由於雷射與LED照射樣本後都是反射光,導致無法成功分析大生熊蟲自體螢光,本研究使用相機濾片、偏振片壓克力板,嘗試解決此問題,濾片結果以壓克力板阻擋激發光照射樣本後反射光效果最佳;目前利用倒立螢光顯微鏡確認大生熊蟲可利用活動與隱生狀態下自體螢光相對強度差異檢測硝酸鹽濃度,檢測範圍可在 0~312 mg/L NO3--N (R2=0.9016)。未來將探討大生熊蟲自體螢光激發機制,並探討哪些物質會影響自體螢光的表現,使檢測模式更加完善。

探討光刻機鏡面陣列對於效能提升之潛力

為突破摩爾定律限制,提升光刻機效能成為晶片製造領域的重要課題。本研究旨在利用「鏡面陣列」降低光強度散失以提升光刻機效能。實驗中以光譜儀測量光源經凹面鏡及平面鏡反射後的光強度和光點面積,並將數據標準化。結果顯示平面鏡光強度隨數量增加線性下降,凹面鏡則為指數下降,且光強度散失自第六面面鏡始小於平面鏡。在包含平面鏡與凹面鏡的陣列實驗中,先以七面平面鏡搭配一面凹面鏡,測量不同位置的光強度,選出最佳組合,再逐步以凹面鏡替換平面鏡。結果顯示光強度最強的組合為「平平平平平凹凹凹」,因此並非使用越多凹面鏡就能提高效能。未來研究可從最佳組合出發,改變塗層材料、鏡面面積和曲率等變因,進一步提升光刻機效能。