生活與應用科學科(三)科

本研究以石頭溪圳灌溉水為例，探討塑膠微粒進入農田的途徑及對作物生長的影響。透過尼羅紅法檢驗，並比較不同灌溉水源的污染情形。結果發現石頭溪圳下游人口密度高，塑膠微粒暴增；塑膠微粒於枯水期濃度高於豐水期，推測因雨水稀釋效應；在不同灌溉用水中，以滲透水、地下水經岩壁過濾最乾淨，山上溪水亦受民生污水影響，再生水經濕地淨化後污染仍高。中下游農田土壤的塑膠微粒濃度最高，可能污染來源包括灌溉水、農業地膜及大氣沉降。塑膠微粒降低土壤排水性，損害A菜根系健康，影響農作物的生長。本研究開發農業水圳塑膠微粒清除機，清除率達99%。建議加強污水接管，並於石頭溪圳下游設置清除機，以改善灌溉水質，保護農作物及農業生產環境。

本研究透過不同介面活性劑來吸附海洋微塑粒，初步發現，無患子的親油性最好，TDS值可作為微塑粒濃度的檢量線。為了解介面活性劑的親水性值(HLB值)對起泡力及清除率的影響，加入HLB值為4的白蠟油(油性介面活性劑)進行實驗，發現海塑粒無患子起泡效果最好。泡泡水去除海洋微塑粒效果約為8.3%，無患子溶液約為9.7%，白蠟油約為60.7%，故白蠟油的清除效果最佳，但並不天然。後來，我們發現了天然的親油性介面活性劑―大豆卵磷脂，無患子與其的起泡比例以7:3為最佳，且單純大豆卵磷脂的清除率高達84.14%為目前最高。最後，我們發現此起泡裝置能清除真實海水中37.55%的微塑粒。

近年來溫室效應日益嚴重，我們注意到可利用氣體作為正極的空氣電池，並思考是否能將工業排放的CO2儲存後作為正極氣體並轉換成電能。本研究重點在基本電池和正極氣體兩部分，首先思考如何製作效能高的鋁空氣電池，再嘗試以CO2取代空氣，並找出增進鋁二氧化碳電池效能的方法，研究出能消耗CO2並轉換成電能的電池模組。實驗結果顯示：(1)最佳電解液為鹼性3.0 M KOH(aq)；(2)純氧為最佳單一氣體；(3)三乙醇胺為最佳改質劑；(4)驗證CO2能參與反應；(5)CO2 80%時電壓最高；(6)設計出鋁空氣電池組能長時間穩定輸出5.7 V；(7)最終製作出的鋁二氧化碳電池組能長時間平均輸出電壓2.62 V。

我們觀察到不同種類的空氣鳳梨葉面上鱗片形狀、高度及密度等方面， 有著不同的差異 因此我們決定探討這些鱗片變化對於水氣吸收的影響。利用Autodesk Fusion軟體設計出形狀、密度都不相同的空氣鳳梨鱗片模型 以3D列印機製作模板 並模擬不同模板收集水氣的情況，得到到的據利利用GAＢ模型公式 算出集水力、集水效率及有效集水表面積，得發現基本單位構形為四邊形的模板， 在平面及傾角為45度時， 有良好的有效集水表面積得基本構形為六邊形的模板 當傾角為30度時， 有最大的有效集水表面積得而模板的基本單元愈密集 及與地面的夾角愈小 則有效集水表面積則愈大得綜合以上所述 我們將研究結果做出集水效力最佳的模板 希望能為增加水資源的方法盡一份心力。

公司田溪整治設置梳子壩、疊瀑、深水池、護址工石籠等設施，對公司田溪水質、河岸動植物種類與 數量，底棲生物種類與數量、水中污染物降低有正面提升效果，其中梳子壩設置最多共20處，利用自製水工模型，自製流速計，樂高積木排列出不同排列、形狀、間距、高度數量位置等，找出降低水流流速效果最佳，且漂流物穿越時間最短、穿越率最高的設計，研究結果：梳子壩水流流速降低，漂流物穿越時間越長，梳子壩設置河段末端與梳子壩組間距較大時，流速降低效果顯著，漂流物穿越時間增加較少。所以公司田溪在河口末端計設置9個梳子壩，且分散於數條溪流，可以有效降低水流流速，及漂流物穿越時間。

本研究透過3D列印製作消波塊與自製造浪機，並用海浪沖刷粉筆模擬岸邊侵蝕效果，尋找減緩海浪岸侵蝕方法。 本研究製作兩種造浪機。大型版：壓克力板製水缸，用活塞推動造浪板，因漏水問題，改良小型版；小型版：採現成魚缸、TT馬達配合連桿帶動造浪板。小型版波形更流暢。 首先，確定粉筆泡水25分後重量趨穩定；在單排測試中，林克塊減浪效果最佳。實驗亦發現消波塊離岸越近、裸露體積越多，減浪效果越好。增加排數方面，小浪排數越多效果越佳，大浪下則需至少兩排以上才具顯著效果，綜合成本與效益，建議使用兩排設計。 針對家鄉情境，設計A至D四種配置，D型適合冬季東北季風大浪條件，如東北向海岸；C型則適用於港口等平靜海面。

本研究製作新型染敏電池，分為四大部分：一、正極材料改以易取得的石墨片來代替傳統燻黑奈米碳；二、製作膠態電解質來減緩電解液的蒸發與滲出；三、染料採用農業廢棄物-台灣藜殼，以75%的酒精當溶劑，利用微波輔助來萃取色素，提高萃取的效率，並將染液調配成pH=4.8左右，其發電效益有最好的表現；四、負極材料採用奈米級的二氧化鈦，搭配醋酸、Triton X-100，並在添加硫酸銅後，電池發電效益增為1.43倍。歷經改良後製得的第三代電池，是利用碳膠銅網電極做為正極材料，製作出可捕碳的染敏電池-光碳複合電池，照光後的最高開路電壓可達1.120V，最高短路電流為0.622mA，此電池能在利用太陽能的同時，同時捕捉空氣中的二氧化碳，希冀藉此達到永續環保的新理念。

本研究以萃取具多酚結構的天然植物（薑黃、芭樂葉、蝶豆花、金針花、臺灣杭菊1號花）為主題，透過自製 UVA和UVB的檢測裝置，探討不同變因下各萃取液的抗UV成效，結果顯示「杭菊花萃取液」具有最佳成效。 進一步比較杭菊1號花（白雪）和杭菊2號花（黃金菊）不同部位萃取液的抗UV成效差異，研究發現杭菊1號花瓣萃取液最具抗UV功效。因此將杭菊1號花瓣濃縮萃取液依適當比例調製成不同配方的「天然菊萃防曬乳」，並與「市售防曬乳」進行比較實驗，結果顯示自製防曬乳配方9對日光的UV遮蔽率可達98.0%，確實媲美甚至優於市售防曬乳的實際功效。

現有的塑膠與紙套袋對環境造成負擔，因此利用海藻酸鈉與乳酸鈣的交聯作用，在低成本紗布上成膜，以製作新型態的水果套袋。研究結果： 1.製程為先沾海藻酸鈉糊液，再沾乳酸鈣水溶液。 2.不同基底材料會影響套袋的縮小率、耐受性與透氣性。套袋要具透氣性需減少乳酸鈣反應時間，想增加吸水性則要在海藻酸鈉浸泡時間久一點。 3.實地應用於芭樂園採收率達96%，只加醋酸的細紗布套袋效果最佳，具有厚度低(0.24mm)、水分散失快(6小時內降低92%的水分)，透氣性佳(水氣穿透率91%)等特性，在製作時須注意總面積有51%的縮小率。 4.未來發展：設計防果蠅、防螞蟻、防曬功能，以及多型態的套袋設計（如三角立體設計、觀察口設計等），讓其更適合實際應用。

本研究以水中溶氧量的變化為主題，探討影響溶氧量的各項因素，如高度差、曝氧時間、氣泡因素、管徑流速及擴管或縮管所形成的壓力變化對溶氧量的影響。 透過實驗設計、檢測與分析比較各種因素下的溶氧量，得知在無動力前提下，為增加水中的溶氧量應： 1.增加上下水層高度差，以提高流速及壓力差。 2.出水口置於容器底部，加大氣泡與水接觸距離，也增加曝氧時間。 3.小氣泡可增加接觸面積，提升溶氧。 4.粗、細管連結時的管徑差不宜過大。 5.利用注射針頭產生微氣泡。 本研究依上述條件，設計出簡易裝置，能在缺電停電下，解決水中生物因缺氧導致生存環境惡化時，提供增加水中溶氧量的最佳解決方案，期待能造福養殖業及各式觀賞魚缸的家庭或商業場所。