全國中小學科展

第65屆--民國114年

「滲」機「薄膜」──探討鐵鈷鎳氧化物在滲透蒸發薄膜上的效果

本研究利用合成三種金屬氧化物Fe3O4、Co3O4、NiO,藉由改變摻入海藻酸鈉薄膜的比例以提升四氫呋喃(THF)去除率。先改變海藻酸鈉比例進行實驗,得到3 wt%的海藻酸鈉為最佳薄膜條件。再合成三種顆粒並鑑定顆粒特性。再將顆粒摻入海藻酸鈉薄膜,鑑定薄膜的親水性。又以90 wt%的 THF 為有機染料進行滲透蒸發實驗,改變時間後,選定 6 小時為實驗的控制時間。接著用摻入不同氧化物的薄膜進行滲透蒸發,探討何者除去THF的效果最佳。當中以Alg/1%Co3O4 的效果最佳,可產出純度99.96%的水。另將Alg/1%Co3O4進行以異丙醇和乙酸乙酯為有機染料的實驗,同樣有不錯的效果。

飛Woo hoo~鱰我最鮮—鬼頭刀天然鮮味粉

市售調味料多含人工添加物,長時間加熱可能產生有害物質。因此我們以純天然食材研發鮮味粉,提供更健康的調味選擇。近年來,臺灣東北角盛產的鬼頭刀因外銷需求減少而滯銷,故選用鬼頭刀為主要原料,結合在地農產與農業廢棄物(如三星蔥、鳳梨皮、茶葉渣、柑橘皮)開發多種風味,兼顧健康、美味與永續發展。為提升魚肉粉末的溶解量,運用鳳梨皮蛋白酶前處理,搭配濕式造粒方法,使溶解量提升至68.13%。此外,將廢棄魚骨製成烘烤脆麵,搭配鮮味粉食用,創造全魚利用在地化新商品。鮮味粉產品採玻璃瓶裝(80g/瓶),售價95元,經14天室溫儲存實驗品質穩定,經市場調查得知,鮮味粉整體喜好度與購買意願超過八成,而青蔥口味最獲青睞,證明具商品化潛力。

水之呼吸~無動力增加水中溶氧機制之探討

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。

隨機生成數列的長度探討

一個籤筒中有編號為1,2,3,…,𝑛的𝑛的支籤,每抽出一支籤,將其編號寫在紙上,形成一個數列。數列只能向左右兩端添加項,不能從中插入;若無法插入,則操作結束。本研究探討此隨機生成數列的長度期望值的。數列添添加項的向向為為單向向與「單向向與,又添生成原理為為單嚴格遞增減與「的單嚴嚴格遞增減與。過組組計算與「勒展展式,,本研究成證明明: 𝑛趨近無窮大時,向、向向數列的長度為別會趨近𝑒−1「1/2(𝑒2−1)。此外,本研究針對隨機生成數列的單子列與進行延伸探討,發現了向向子列數「Eulerian Number的對應關係,且明明出發現𝑛 籤任意排列時,子列的期望組數為𝑛+1/2的;當𝑛趨近無窮大時,向向子列的長度期望值為2。

黑白猜一猜,AI來分開─圍棋AI自動分類機

本作品結合積木、馬達機械結構與AI技術自製「圍棋AI自動分類機」,將黑白子分類收納解決下完棋後沒人收拾的問題,我們以自動麻將桌概念為發想,設計9項不同實驗,首先以不同裝置測試棋子掉落方式,發現賓果滾筒能有效控制棋子一個一個掉落,其次大量拍攝不同燈光環境下黑白子照片,以Label-Studio進行影像標註,撰寫Python程式訓練AI影像辨識模式並控制伺服馬達轉向,使黑白子依辨識結果正確分類至棋盒。結果顯示「圍棋AI自動分類機」分類正確率高達99%,此外我們也應用於盲用圍棋,協助視障學生收棋,提升下棋便利性與學習意願。本作品不僅展現AI應用於日常生活創意實踐,也呼應SDGs中促進優質教育目標。

妙筆生花-探討圓形一筆畫不相交圖形

我們為了解若將手機解鎖的九宮格圖形改成圓形圖形是否會有更多不一樣的解法且更不容易被破解,於是,我們先在圓形圓周上標示若干個點,取任一點作為起點,再經過其他不重複的二點、三點、四點……形成一條連續線段所組成的圖形,這裡簡稱圓形一筆畫圖形,探討此類圖形的種類與路徑。我們除了利用圖示法詳列外,還利用樹狀法、列舉法佐證,除此之外,我們也從文獻中發現部分樹狀法,跟我們的研究似乎同出一轍,最後依據尋找規律歸納通式,並比較傳統九宮格一筆畫圖形與圓形一筆畫圖形在解鎖上的優缺點。

從帝王斑蝶色斑探究色塊排列之熱傳輸機制

本研究以帝王斑蝶色斑為發想,探討不同顏色與幾何圖形配置對熱傳輸機制的影響。實驗以鹵素燈模擬輻射熱源、熱像儀量測溫度分布,再以自製密閉觀察箱觀察樣本周遭氣流,分析輻射、傳導及對流的交互作用。結果顯示,黑色吸熱效率最高,與白或橘色塊接觸時,熱傳導效應使溫差降低,尤其色塊面積小、接觸邊數量多會增強熱傳導速率,接觸邊短時多餘的熱傾向於逸散至環境中,使色塊間溫差下降更顯著。氣流上升則隨顏色吸熱效果提升而旺盛。研究支持顏色與幾何配置對熱量流動有重要影響,進一步推測帝王斑蝶白斑的分布擴大了蝶翅外緣與內部溫差,導致周遭氣流的增強。未來我們期待透過軟體模擬,完善對於帝王斑蝶蝶翅熱傳輸機制的整合與應用探索。

當榴槤蜜嫁給波羅蜜-探討不同嫁接方法的存活率

本研究主要探討不同嫁接方式對波羅蜜與榴槤蜜存活率之影響。研究採切接與芽接兩種方式,搭配留白、催芽及形成層對齊三種技巧進行比較。結果顯示:在25度C下,採用切接法搭配催芽及形成層對齊技術,可使存活率達70%,高於傳統方法的30%。此創新技術能使存活率提升約2.3倍。再者,觀察顯微鏡切片,發現砧木與接穗之形成層會相連在一起,並產生增生組織 ,故形成層對齊是植株存活的主因。另外,接穗催芽後可減少發芽天數, 降低病蟲害、環境變化等外在風險,讓存活率更高。 相對而言,嫁接 失敗的顯微鏡切片可觀察到 嫁接部位有腐爛、發黑與缺水。 據此,形成層對齊攸關養分與水分的輸送,是植株存活的關鍵因素,值得重視和使用。

空氣鳳梨的水之呼吸—利用3D列印技術探討空氣鳳梨鱗片對於水氣收集之影響

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。

水啦!水中小勇士—黑水虻在水中的適應及廚餘濾液處理應用模式之優化

本研究探討黑水虻三至六齡幼蟲在水中的適應情形,經解剖發現可浮性黑水虻幼蟲因具有較高密度的微氣管分支更能適應水中生活但脂肪分布較少。實驗得知五到六齡幼蟲在水中一周存活率平均為81.2%,其水中排氨含量達0.1mg/5ml。在水中的運動表現較低,餵食熟地瓜葉比生地瓜葉增重90%。以黑水虻處理豆渣水可減少35.6%的二氧化碳排放量及減少豆渣濾液蛋白質含量66.67%,黑水虻幼蟲增加25%蛋白質含量。建議優化豆渣濾液處理應用模式如下:篩選五到六齡可浮性幼蟲投入廚餘濾液發酵槽中二次飼育,未來可製成高蛋白比的黑水虻產品;不可浮幼蟲則另外製成高脂肪比的黑水虻產品,最後經黑水虻處理的廚餘廢液進一步轉化為酵素液進行各類應用,進而推動環保及循環經濟之宗旨。