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第64屆--民國113年

金雞〝牡〞---廢棄牡蠣殼製作重金屬吸收發泡煉石之研究

本研究使用廢棄牡蠣殼,製作可回收、多孔隙的發泡煉石,吸附重金屬以解決水污染問題。由實驗可知,外層牡蠣殼粉末的吸附能力比內部珍珠層更佳。觀察顯微鏡,牡蠣殼的碳酸鈣成分經煅燒後會呈多孔隙狀態,具有更好的吸附重金屬效果,研判是表面積增加所致。 研究也發現pH=10有最高的重金屬吸收量。依據勒沙特列原理,鹼性環境有利於H2CO3⇌H+ + HCO3-正反應的進行,推測是牡蠣殼粉解離生成HCO3-,促進了重金屬的吸附。 自製發泡煉石確實能有效吸附重金屬並可重複回收使用,達到聯合國永續發展目標(SDGs)中SDG 6 淨水及衛生、SDG 14 保育海洋生態兩大核心目標。

AI排球教練

現在流行AI,我們就想設計一款程式來教人打排球。首先下載python、opencv和mediapipe的Pose landmark detection guide,然後寫入程式,印出關節點的座標。接著找排球隊員,拍攝托球、低手接球、發球、扣球的影片,然後擷取碰球瞬間的影格,載入程式中並計算各個關節點之間的角度,從而定義出標準動作中的各個角度。接著拍攝初學者的各種基本動作影片,然後依照同樣的方法計算各關節點的角度,再與標準版的角度做比較,即可列印出初學者在各個關節點應該修正的角度。再利用Arduino及壓力傳感器做出托球矯正手套,讓人托球之後用LED顯示各個指頭觸球的先後順序,再讓人矯正手指的動作。藉由AI的操作,可以讓初學者快速知道自己的缺點,也知道修正的方法,這就是AI教練的魅力。

漂流吧,反泡泡-探討antibubble 在流體中的穩定性及其應用

本次研究探討反泡泡在流體中的穩定性及其應用,我們發現: 一、成功次數最高的基礎變因為:水與洗碗精重量比150:1,吸管外口徑寬度0.6cm,入水角度垂直水面90度,吸取水量高度離管口2.5cm,吸管距承接液面高度0.5cm,流量1.59 L/min(流速1.74 cm/s)。 二、在基礎流量下,0.15M的KCl溶液有最高的平均存活時間。 三、0.1M的CaCl2在高流速(1.78 L/min)時有極佳的一致性及存活時間。 四、0.2M的MgCl2溶液在低流速(1.44 L/min)時有最高的平均存活時間。 五、在三種流速下, KCl反泡泡的存活時間與濃度有顯著負相關。 六、在流體中反泡泡的存活時間與正離子價數與的離子半徑有關。 七、利用CaCl2溶液形成的反泡泡取代以靜脈導管注射高濃度CaCl2溶液治療心律不整的可行性。

水電砲

本研究最初的發想來自於任天堂寶可夢遊戲中的招式「水電砲」,對其感到好奇的我們便想藉由操作實驗來模擬其中的情形,並對於此招式能否在現實中實現,及其達成效果的可能性,提出質疑與猜測。 我們測量不同型態的出水裝置、不同流速的水流、觀測不同噴射距離,也調整電壓大小,發現這些變因都與水電砲的可行性有關,且意外發現流速會影響水柱的型態(連續柱狀還是出現水花狀態),同時也對結果有顯著的影響。但也發現出水裝置的水壓、承受水電砲攻擊的導體厚度皆與測量結果無關。透過研究的進行,我們也了解許多尚未聽過的有趣知識,譬如關於流體的伯努利定律;導電率是什麼;什麼程度的觸電會造成傷害,綜合以上知識讓我們得到了想要的答案。

維他命C與銅離子的相遇

本實驗利用維他命C和硫酸銅溶液混合形成綠色溶液,接著慢慢加入氫氧化鈉會形成黃色沉澱。若快速加入氫氧化鈉則會形成橙紅色澄清溶液。黃色沉澱經藍色雷射光或綠色雷射光照射皆形成黑色物質。橙紅色澄清溶液照射藍色雷射光或綠色雷射光形成黑色物質。橙紅色澄清溶液經過太陽光照射後可形成棕色物質或黑色物質。我們經由定性檢驗及uv-vis光譜來推測綠色溶液、黃色沉澱、橙紅色澄清澄清溶液、棕色物質及黑色物質的成分。

探討不同茶葉渣經土壤鏈黴菌發酵前後抗氧化能力與抗菌能力的差異

本研究以土壤鏈黴菌(Streptomyces corchorusii)對紅茶渣、綠茶渣、烏龍茶渣、普洱茶渣分別進行發酵,並測定發酵前後茶渣樣本的對兒茶素(Catechin)、沒食子酸(Gallic acid)、總多酚含量(Total phenolic content)和DPPH自由基清除能力等,以評估茶渣之抗氧化力,並探討發酵前後茶渣樣本對非致病性大腸桿菌(Escherichia coli K-12)之抗菌能力是否不同。 綠茶渣以及烏龍茶渣的總兒茶素與發酵前相近,紅茶渣上升,而普洱茶渣下降;烏龍茶渣和紅茶渣的沒食子酸及總多酚含量上升;而紅茶渣、綠茶渣、烏龍茶渣的DPPH自由基清除能力上升。在抗菌能力方面,綠茶渣和烏龍茶渣在未經土壤鏈黴菌發酵前,與對照組相較有顯著抗菌能力;而經土壤鏈黴菌發酵後,四種茶渣樣本的抗菌能力均有提升;紅茶渣因原先抗菌力較低,故進行微生物發酵較為必要。

腔體共振與開孔流速的探討

本研究探討腔體受聲音震動導致開口噴出氣流的現象。實驗以揚聲器播放聲音,使固定於其上的剛體錐形瓶共振,揚聲器與腔體之間並無直接接觸。通過改變聲音頻率、腔體參數(包括體積、瓶口截面積、瓶頸長度),以及揚聲器震動振幅與腔體內外氣壓,研究噴流流速的變化。 研究發現腔體內氣壓振幅超過臨界值時,腔體開口處會噴出一連串渦流環,根據拍攝的影像確認連續的渦流環組成的噴流即為合成氣流(synthetic jet)。噴流流速在聲音頻率與腔體共振頻率相同時達到峰值,並隨聲音頻率偏離共振頻率而急速下降。流速峰值頻率符合修正後的亥姆霍茲公式,且瓶頸長度越長,共振時合成氣流峰值流速越低。本研究為聲能轉動能方面提供新的研究途徑,並有進階研究的可能性。

衝吧!究極針筒空氣動力車

我們實驗目的主要是探討影響空氣動力車行進距離的因素為何?瞭解其在車身大小與重量相同時,藉著改變針筒大小、針筒容量、重心、車輪大小與車頭,來瞭解影響空氣動力車行進距離的因素,並針對改造車體結構對行進距離的影響來進行實驗與探討,驗證我們的推論。藉此充份掌控一些空氣動力車的製作技巧,期望最終能夠做出一台可以跑得最遠的「究極空氣動力車」。

酸鹼滴定研究及自製微量滴定裝置

首先以滴管、滴定管、水平微量滴定管等現有滴定裝置進行酸鹼滴定測試,滴定終點時呈現的色澤深淺並不一致,經實驗發現,造成滴定終點色澤深淺不同的主因,是現有滴定裝置產生液滴過大所致。接著針對液滴過大之缺點進行改良,利用螺旋擠壓原理搭配針頭為液滴出口,自製第一代滴定裝置;進而應用氣流吹落殘液,自製第二代滴定裝置。本研究改良型滴定裝置,具備螺旋擠壓液滴、氣流吹落殘液等兩大亮點,可使產生之液滴更微小。最後經實際測試,使用改良型滴定裝置所產生液滴更微小,可使滴定終點更接近當量點,所呈現的淡粉紅色深淺較一致。此全新改良型滴定裝置具備精準度高、操作簡易、成本低廉等優點,深具實用價值,未來有商品化之潛力。

咖啡渣菜不菜?有機肥的成效探討

現代人對咖啡的需求量很大,煮完咖啡後剩餘的咖啡渣常被丟進垃圾桶,因此我們想知道咖啡渣是否能像蛋殼、果皮、茶葉渣等當做肥料,來幫助植物的生長。我們實驗分為兩階段,第一階段,以我們常見的將廚餘直接鋪在土上面施肥,但發現效果不好;經過修正後再進行第二階段。我們單純討論福山萵苣的成長,並將廚餘分成腐熟與未腐熟的方式栽種福山萵苣,我們發現咖啡渣以外的廚餘經過腐熟後再進行堆肥效果好過市售肥料。之後也嘗試將咖啡渣和其他的肥料混合與調整咖啡渣的比例,希望找到能幫助植物生長的方式,但原本期待咖啡渣能變身成廚餘黃金,實驗結果卻讓人從夢中清醒,咖啡渣雖能提供養分,但容易結塊的特性,造成對植物的生長幫助有限!