全國中小學科展

第65屆--民國114年

探討過氧化氫回收銅的可行性

一般用硝酸溶解銅時會產生有毒氣體(NO、NO2),本研究利用過氧化氫水溶液在適當的酸性條件下溶解銅,具有更環保、更有效率的特性,符合綠色化學的趨勢。研究中採用的酸有醋酸、檸檬酸、酒石酸、硫酸;鹼則有氫氧化鉀、氨水與二乙烯三胺。最後發現以過氧化氫配合硫酸的效果比同濃度的硝酸更好,可以有效的溶解銅金屬。

複合槲皮素奈米顆粒提升難溶性化合物之抗氧化能力

槲皮素(Quercetin)為天然黃酮類(多酚類),具有抗氧化、抗發炎、增强免疫力等功效。但因其水溶性很低,不易讓人體有效吸收,常需吃過量試劑,有浪費情形。本研究利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、羥丙基-β-環糊精(HPBCD)與槲皮素進行複合,提供奈米製程化並增進其溶解度。在增加PVP K30比例下,複合試劑粒徑可從1200nm降至約30-40nm,形成奈米粒子。與原槲皮素抗氧力比較,複合試劑可提昇40-50倍以上。最後,複合試劑在發泡顆粒劑型可以在30秒內溶出90%以上的成份。以上實驗,說明本實驗能有效增加其溶解效能與奈米化,有效提升槲皮素從原先難溶、難吸收的情形,變為可讓人體快速吸收的粒形。

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。

植物精油抑制番石榴瘡痂病原菌之研究

番石榴瘡痂病由Pestalotiopsis psidii 引起,為番石榴重要病害。本研究選用香茅、桂花、迷迭香、茶樹、葡萄柚皮及薄荷等六種植物,透過水蒸氣蒸餾法萃取精油,分別在PDA培養基及番石榴上評估其抑菌效果。 結果顯示,在PDA 上抑菌效果依序為:香茅>桂花>葡萄柚皮>茶樹>迷迭香>薄荷,其中香茅精油表現最佳。進一步以葡萄柚皮精油進行濃度測試,濃度為0.5%、1.0%、1.5%(v/v),施用量為100μl,結果發現抑菌效果:1.5%>1.0%>0.5%。 本研究證實,天然植物精油具良好抑菌潛力,可有效抑制番石榴瘡痂病菌,為降低化學農藥使用、發展環保農業提供可行之天然替代方案,具推廣應用價值。

新型態風能共振發電機組開發與設計

我們在生活中有許多共振現象,如:盪鞦韆越盪越高、樓梯旁的欄杆因為風而晃動得越來越快,發出震動的聲響,基於能源轉換,進而開發一款風能共振發電機組。研究分三大部分,首先研究發電機與馬達的科學原理與構造,其二以工程設計軟體RHINO進行3D建模,並導入流體力學的渦漩觀察,能在風場中提升發電效率;其三探究機械結構與風能共振的影響因子,阻風筒、支柱高度、擺盪時的支點比例,達系統效能最佳化。綜上所述,本研究為設計一款提升單位面積發電產能之風力發電機組,透過專題式方法將國中及高中的科學知識進行垂直整合,從而實現創新的綠能科技產品,兼具工程設計及設計藝術學養,具有培育發展綠色能源基礎人才。

潔淨從錠開始-清潔錠之探究

生活中小蘇打與檸檬酸都是很棒的清潔利器 , 各種發泡錠更是利用酸鹼中和的特性所製造出的物品,許多人用此性質自製屬於自己的各式發泡錠。我們從二氧化碳產生量、溶解、硬度、清潔、防黴的角度思考。經研究發現,五種比例清潔錠中小蘇打和檸檬酸的配製比例,以2:1製作最好,它在清潔、防黴都有較好效果。想要增加硬度,可以添加玉米粉。想要強化防黴效果,可以再添加薑黃。想省錢,可以用鹽代替薑黃製作清潔錠。

生生不息

如何應用現代科技更有效節能? 可調光LED照明系統一(AMB82+L298+5730LED+光敏電阻),讓室內環境的光照度保持在適合閱讀的範圍(550~650lux),這樣做還可在有開窗戶時省8%左右的電能。 可調光LED照明系統二(AMB82+L298+5730LED+GenAI),讓室內環境的光照度保持在適合生活的範圍( 300~400lux),這樣做還可在有開窗戶與太陽時省20%左右的電能。 如何讓我們的家更舒適? 空氣品質檢測控制系統(AMB82+一氧化碳感測器+DC風扇+繼電器),當室內空氣不佳時,例如:抽菸,自動開啟離心扇,把二手煙抽到室外;當夏天開冷氣時,也可以開啟風扇往內吹讓空氣循環更好,節省冷氣用電。

誰是清道夫?生活中的除『銅』妙『劑』大對決

本研究以生活中易取得的材料或廢材作為金屬離子的吸附劑,由實驗結果發現,蚵殼粉、蛋殼粉及碳酸鈣的吸附效果都比有機物吸附劑更佳,吸附率皆達83%,單位重量的的吸附的以碳酸鈣的14.16mg/g效果最好,吸附劑的量的增加會提升吸附率,且第一小時內的吸附提升最為顯著。高溫或鹼性的環境吸附效果較好。在多種金屬離子的競爭吸附,銅離子的吸附均下降,但碳酸鈣受影響較小。與離子交換樹脂的處理方法比較,發現蚵殼粉、蛋殼粉和碳酸鈣在低濃度銅離子水溶液的吸附效果都較佳,且上述三者吸附劑的吸附效果皆較電鍍法佳。因此,運用實驗結果設計一款自動化吸附裝置,期待能為家鄉工廠林立造成的環境汙染盡一份貢獻。

應用濕度感測器監測食品保存性之研究

首先以濕度儀測量花生樣品之水活性,需時超過264分鐘,而水活性儀僅約22分鐘,經實驗證明,較小的密閉空間可加速平衡相對濕度的穩定,進而縮短測試時間。因此,本研究設計自製 DIY裝置,樣品槽上部空間採用圓錐狀設計可縮小空間,同時促進水氣向上集中,提高測量穩定性。進而利用六種飽和鹽液進行校正,得到趨勢線方程式應用於DIY裝置之校正,使其測量結果與專業水活性儀無顯著差異。就經濟成本分析,濕度儀與水活性儀的購置成本分別為新台幣9,500元與103,500元,而 DIY裝置的材料成本僅為1,151元。本研究開發之DIY裝置在提升測量準確性與時間效益的同時,亦具備高度成本效益,未來頗具商品化潛力。

攔截PM2.5-自創EcoPIV 技術應用於空汙阻隔研究

本研究以風洞實驗探討植被對空汙阻隔的效果與動力機制,並分析為何植被靠近建築物時,攔汙效果最佳?本研究創新提出經濟型粒子影像測速法(EcoPIV),透過強光雷射、折射理論及相關係數法,成功以低成本量測風洞中的流速場。結果顯示,當植被緊鄰建物時,由於建築物的阻擋,會使流體反覆在綠樹帶中穿梭,不僅阻礙後續汙染物進入,也使其滯留於植被中。本研究亦分析紅樹林對於空汙阻隔的優勢及限制,發現低矮紅樹林對於下沉型汙染物具極佳阻隔效果,但當汙染物超過負荷門檻時,EcoPIV 顯示,紅樹林邊緣會產生類邊界層,反而使得汙染物更有效率地傳遞至下游處。文末展現數值模擬結果,汙染物濃度與實驗相當一致。本研究成果可作為政府規劃行道樹配置之原則。