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生活與應用科學科(三)科

綠色協奏曲~咖啡渣與吸音棉共築板擦機的「無聲潔靜」

本組自製壓克力立體箱,由聲音頻譜分析儀得板擦機頻率580、1160、4060Hz特定聲波,以藍芽喇叭控制上述三種頻率,測試多種吸音材料,研發創新吸音棉+咖啡渣+吸音棉三明治複合材料,展現卓越降噪效果。增加咖啡渣厚度有效減弱聲音,厚度達3.12公分以上,隔音效果不明顯;在3.57公分下,重壓提高孔隙密度,進而從68分貝降至55分貝達13分貝(19%)。 由以上研究結果,設計板擦機外部隔音罩,內部黏貼此複合材料,兼具隔音與防灰逸散功能,從110分貝降至65分貝減45分貝(40%),降噪效果顯著,並申請專利中。研究成果應用在家電馬達,延伸隔音牆建築上。實踐變廢為寶永續精神,展現低成本創新環保降噪解方。

探討農業灌溉用水與土壤的塑膠微粒情形

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。

塑材過招 電子雲湧

研究主要在製作出具可塑性的材料,形塑成不同樣式以自製成摩擦起電的裝置,得以有更廣泛的應用。歷程中,研發了鑄模裝置、摩擦起電裝置、驗電器和測耐用性方法,以進行探究。在測試生活中多樣具可塑性的物品後,發現橡膠是不錯的材料,因此我們利用市售膠鑄模成多種膠膜,發現含 PVA 的材料和矽膠適合用來做成摩擦起電的材料,接著我們利用PVA 膠和矽膠,添加不同物質,自製複合可塑性材料,探討何種材料互相摩擦之後,可以形成較高的電力。發現史萊姆膠添加硫酸銅,和矽膠添加聚四氟乙烯粉有最佳的效果,且可以形塑成薄膜、立體狀或塗抹在物品上,能夠吸 引 多樣的物品。最後將自製複合可塑性材料,做成摩擦起電吸引塑膠微 粒、煙霧裝置,進行實際應用。

「果」然有酒,過剩水果的發酵新生機

在這個計畫中預計透過發酵作用,將過熟或剩餘的水果轉化為酒精,以實現資源回收與環境保護。我們選擇含糖量較高的水果(如鳳梨、火龍果、柑橘、葡萄等),壓碎後加入酵母菌,在適當溫度下發酵,促使糖分轉化為酒精與二氧化碳。發酵完成後,利用蒸餾法獲得初步的蒸餾酒精。 此外,測試不同水果的酒精產量、溫度對發酵效率的影響,並分析蒸餾後酒精的濃度與產率。我們最終將驗證所得酒精的殺菌效果,探討其應用於日常環境消毒的可行性。由於有效消毒的酒精濃度需達 75%~78%,我們將進行多次蒸餾,提高酒精濃度,並記錄細菌與微生物的活動情況,以確認其可用性。此結果不僅能減少食物浪費,還能運用科學方法將剩餘水果轉化為有價值的清潔資源。

「泡生溶溶」---泡泡除塑淨水法的研究

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。

「菊」躬盡「萃」

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。

幫椅子穿襪子-使用天然原料輔助椅腳降噪

生活中的噪音問題日趨嚴重,在校園中,噪音容易影響學習成效,其中教室中的椅腳與地板摩擦時產生的固體噪音,更讓人心情煩躁無法好好學習,音量大時甚至也會影響聽力。本研究除了以現成緩衝材料使椅腳降噪外,我們的重點是自製天然材料椅腳墊,利用環境中使用過及掉落之植物材料,與糯米粉及太白粉等天然黏著劑組合後,加裝於椅腳處發揮降噪效果,並將結果及耐磨損度與現成材料進行呈現量化比較外,研究內容還包括植物材料與粉狀材料間之重量比不同時,製作出的椅腳墊降噪效果之比較。自製天然椅腳墊不僅降噪效果佳,也比現成材料耐磨損,使用期限也較長,來自於大自然的材料本身也可充分運用成有機堆肥,最終回歸大自然, 讓萬物生生不息。

進化吧!種子炸彈-種子球成分之研究及改良

本研究探討種子球可應用在災後裸露坡地之植被復育。初期配方採培養土和黏質土進行初步實驗,後針對0403 地震裸露坡地的狀態,故改良種子球成分目的提升保水性與黏著性。研究發現土壤添加天然聚合物於前三日均能提升種子球之保水力,土壤加入海藻酸鈉(SA0.5)後水分保留能力顯著,3天內保水度較對照組差異達9.32%,5天內差異達2.55%。土壤濕度最高時,海藻酸鈉配方(SA0.8)黏著性表現出色可承重達150公克。此外,海藻酸鈉與甲基纖維素 (SA+MC)混合配方在黏著度上亦有出色表現,適用於坡度較陡或岩石較多的裸露坡地進行種子球投擲。本實驗之 種子球改良配方,有助於提升偏遠或難以到達的山林地植被之恢復效率,針對災後環境修復或可提供解方。

白浪滔滔我不怕-消波塊與海岸保護

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。

鋁空氣/二氧化碳電池-自製氣瓶探討電池效能

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。