全國中小學科展

高中組

可逆質子轉移導致顏色改變之研究

分子間的作用力,如:氫鍵、π-π作用力等在生物、化學或材料科學中扮演著重要的角色。除了穩定整個分子的結構外,也可傳遞訊息,如:電子轉移。因此合成一些藉由分子間作用力所形成鏈狀、層狀或網狀等巨分子 ( supermolecules ) ,在材料化學有其不容忽視的前瞻性及挑戰性。譬如,某些特例的氫鍵化合物在受熱、受壓後會產生質子轉移的現象,質子轉移伴隨著電子轉移,進而在外觀顏色上產生改變,有些染料分子(organic pigments)可以應用在油漆、塑膠、印表器等科技上面。

河清難俟—奈米磁性顆粒加速明礬沈降的大發現

明礬用於自來水淨化已是行之有年的做法,其限制在於膠狀沉澱沉降的速度太慢,倘若能改善沉降速率,將對淨水程序有莫大助益。奈米尺度大小的材料是當下最熱門的議題,它的應用也蘊藏著許多潛力,一般奈米材料利用的是表面積效應和體積效應。我們在參考資料的幫助下做出有磁性的奈米級顆粒,在Al(OH)3\r 的膠狀沉澱內加入此磁性顆粒,可由外加磁場加速沉澱。我們的願景是希望使之加速沉降或使沉降過後的水更乾淨。改變奈米級顆粒的製作方法和使用方法,提高效率和降低成本,找出幫助沉降最有利之條件。

奈米磁鐵對草履蟲的影響

如果把磁鐵奈米化,是否仍保有原來的特性?將此”奈米磁鐵”放到微生物體內,又會產生什麼變化?我們設計了以下二大實驗:實驗一:觀察草履蟲在一般的情形下與吞食奈米磁鐵後的生長情形,比較在電磁波(輻射線)、超音波、磁場(強力磁鐵)、電流下各自的差異性。由實驗結果發現,無論草履蟲是否吞食奈米磁鐵,皆不影響其在實驗裝置下的基本生物特性,但因吞食下奈米磁鐵後的草履蟲帶有磁性,會加劇實驗效果。實驗二:利用磁生電的原理,設計出一外繞有鐵線圈的玻璃管裝置,使帶有奈米磁鐵的草履蟲經此裝置的瞬間產生電力,宛如一小型發電機,但因實驗裝置與實際的電流範圍不符,所以沒能做出一完整結果。如能成功,將能達到節省能源之意義。

柯西不等式之推廣

本次科展由一個高中關於柯西不等式的題目『設0

Cl-(aq)的催化現象

在實驗中偶然發現CuSO4(aq)+NaCl(aq)+Al(s)會使Cu2+還原析出的反應變得非常劇烈,並生成大量H2,但若只是CuSO4(aq)+Al(s)反應而不加入NaCl,則Cu2+被還原成Cu的速率就非常緩慢,也無H2生成,故探討其中原因。

探根之旅之木炭大翻身

木炭是常見物質,若將它磨成粉拌入土壤對豆科植物生長會有何影響?氮為生物體內蛋白質﹑核酸的主成分,空氣中的氮植物無法直接吸收,須依賴共生根瘤菌行固氮作用(Nitrogen fixation),將氮轉換為植物能吸收的有機物。以往拌入碳粉在農業研究上皆針對玉米﹑稻作…等,甚罕見對豆科植物影響的研究,因此我們以豆科植物(四季豆、毛豆及紅豆)作為實驗對象。以炭粉拌入土壤,觀察所栽種豆科植物外觀及根部(根瘤)的生長,發現拌入碳粉土壤明顯有益於豆科植物生長;另外也比較了施予氮肥和拌入碳粉的植物(株)豆類生長數據,發現施於予氮肥生長的情形卻不如拌入碳粉的植株。綜合實驗結果,拌入碳粉比施予化學肥料對豆科植物生長為佳,這是重要的發現。

Microspheres (塑膠載體)對酸鹼值的敏感性

隨著製藥工業之發展及生活品質之提升,高療效及低副作用之藥物劑型已成為消費者主要的訴求,藥物控制釋放技術提供從事製藥技術開發研究者新的領域,包括在適當的時間、適當的藥量釋放,而不致在其輸送過程中產生不必要的支外反應;此外,一般藥劑在使用後常因快速的代謝而達到藥效極限,如欲維持較長時效必須多次使用,麻煩費時又不經濟。因此,發展出克服上述缺點的技術為制放技術,藉此而可達到延長藥程,降低副作用及增強藥效之目的,本實驗欲研發一高分子載體來應用於控制釋放過程。各式材料目前已逐漸受到重視,又以蛋白質及塑膠材料,由於其良好的生物相容性質及生物可分解性,更為受到重視。 近年來,利用手術疏通血管的病患人數節節升高,但是手術疏通後,血管再次堵塞的人也不在少數,如果能用控制溶解速度的載體承載藥物,將之存放在心臟週邊的靜脈壁中,適時釋放出適量藥物,延緩脂肪沉澱,則疏通血管手術的效果可大幅提高。

超不炫!抗眩膜的研究

一般陰極射線管(CRT)的電視螢幕易造成光線的反射強度過強 (如圖1-1) ,可看到天花板的日光燈;所以在外部光線很大時,會因刺眼而看不清楚螢幕的影像。但經過表面霧化處理的液晶螢幕,就可以使入射光源產生散射現象,光源分散的效果,進而達到抗眩的效果(如圖1-2),便看不到天花板的日光燈。而表面霧化處理,指的就是在螢幕上貼合一張含奈米粒子或微米粒子的薄膜。本實驗利用實驗計劃法設計,首先合成出奈米粒子之後利用塗佈、光聚合的方式(高中化學下第八章),形成一張抗眩效果的薄膜;再利用光學反射原理(高中物理上15-17章)測量薄膜的眩光度;眩光度大表示眼睛會感到不適,螢幕不眩光表示較佳。根據實驗結果,發現粒子添加的多寡與粒徑大小是決定眩光度好與壞的主要因素。

炸不炸,有關係;酸不酸,大問題

本實驗主要比較不同情況下油脂酸價變化情形。研究內容可分為兩大部分,第一部份先研究環境對油酸價之影響,發現水分的存在對酸價的影響很大;再來為連續加熱各種油脂八小時,以了解加熱時間對酸價之影響。這個部分我們使用了花生油、芥花油、橄欖葵花油、好理油、清香油、大豆油、豬油、豬油加大豆油等八種油樣,其中動物油普遍酸價皆較植物油高,加熱過程中多數油脂之酸價先下降再微幅上升,在第二小時及第六小時的時候,部分油脂會出現明顯的變化。將此油脂再重複加熱八小時,可發現部分油脂之酸價有大幅度變化,其中以動物油酸價變化幅度較小,表現良好。第二部分則探討實際油炸過程中酸價之變化。先使用大豆油炸香雞排、草蝦、高麗菜、花椰菜等物,發現不同油炸物對酸價影響極大,尤以香雞排對酸價的影響最為明顯。再改以清香油、大豆油、豬油、豬油加大豆油等油炸香雞排,其中清香油表現搶眼,油炸過程中酸價變化最小,豬油之酸價則大幅上升,但豬油加大豆油之酸價則介於豬油跟大豆油之中。根據加熱實驗不易預測實際油炸情況,動物油在加熱時表現穩定,但油炸卻變化大。因此建議動物油最好用來做食物之烹煮調理,而非油炸,或至少要做到炸但不重複使用;植物油亦同,如要油炸,最好只使用一次,但後續可再重複利用烹煮食物。清香油在油炸跟加熱都表現很好,如不考慮價錢因素,為最建議之油炸用油。

綠色魔手在擴張─金門地區淡水水域優養化的探討

金門地區自開放觀光已來,湖泊水域受到了很重的汙染,由於金門地區並無大型工業,故污染最重者即是湖伯的優養化,因此,我們針對金門地區較大的淡水域,做優養化程度的調查,並希望因此能引起一些污染問題的重視。