全國中小學科展

高中組

銀奈米粒子於表面增強拉曼散射(SERS)之應用

表面增強拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,常縮寫為SERS)可以廣泛應用於生物、醫藥、電化學、環境工程等多種方面偵測分子。利用粗糙金屬表面如奈米粒子,可以放大拉曼訊號,其中奈米銀可以將吸附在它表面的分子的拉曼光譜訊號放大為106~1014倍之多。本研究利用乙二醇還原銀離子,並加入保護劑PVP,成功合成奈米銀粒子,並利用自製銀奈米粒子,應用SERS偵測10-5M的?啶溶液,其訊號值為31345,較市售銀奈米粒子所偵測的2791強上11.23倍,預計可以進一步分析出10-6M、10-7M 甚至更低濃度的?啶溶液,顯示出極佳的拉曼增顯效果。

主機房發燒了~雙窗形冷氣微電腦定時控制系統

一般的中小學網際網路主機房的溫度控制皆使用一般的窗型冷氣,但一般的窗型冷氣無法一年 365 天不關機,但機房冷氣卻不能停,如停止冷氣的運轉,則造成連線不穩定,甚至設備燒壞,目前中小學已有學校發生此狀況(如附錄一)因此我們希望使用二台窗型冷氣自動輪流使用,來達到控制主機房溫度的目的,進而使網路連線穩定。本實驗成功地製作一定時電路作為觸控開關的觸控信號產生器,讓二台冷氣能自動不停地輪流替換運轉,學校主機房之網際網路設備得以在適度的溫度控制之下,穩定地運作。除此之外,我們所製作的觸控開關定時器,亦可對工業規格做一建議,希望能開發一定時器提供觸控開關的介面,而觸控開關之電器設備,亦能提供相同之介面,如此生產之定時器即可定時控制所有觸控開關之電器設備,可避免目前觸控開關之電氣設備無定時器可用之窘境。

「聚」「金」「費」神

目前工業中使用之費頓法分解物質後,通常會留下大量鐵汙泥需待處理汙染,為了避免這個情形發生,故我們搜索一些能夠吸附鐵離子材質,如PAA、PVA、γ-PGA等三種市面上常見的金屬吸附劑,期望藉由吸附材質與金屬離子之螫合反應,能達到重複利用,解決鐵汙泥之問題。本實驗首先將這三種藥品初步試驗,發現PAA及γ-PGA吸附鐵離子後對於亞甲藍的褪色效果良好。我們便逐步篩選出反應速率最佳之條件。結果顯示:現針對單一吸附材料而言,PAA在濃度10-1M的Fe2+與10-3M HCl中能有最高的效率;而對r-PGA而言,在濃度10-2M的Fe3+與10-3M HCl中能有最高的效率。相較於使用單一種吸附材料,我們發現PAA對Fe2+及r-PGA對Fe3+有相當好的吸附能力,而且費頓反應在進行時,也會進行Fe2+及Fe3+離子的轉換。因此,我們透過兩者依不同比例混合後,發現能更有效的吸附兩種金屬離子,使其反應會更加迅速,其中以PAA:γ-PGA=7:3的比例效果最佳。

以矩陣分析進行易經掛象研究

本研究的目的為嘗試找出易經的數學邏輯架構,並以現代科學方式詮釋易經的演藝邏輯過程。研究先藉由易經的古文以及相關的白話易學的書籍開始,先了解清楚易經的規則、規律,還有它的中心思想之後再以現代分析魔方陣的數學概念進行易經中關於”陰”、”陽”八掛的玄學推展。期待發現易經的推導過成數學與魔方陣的關係,希望能夠進一步的探討古代玄學和現代數學之間兩者彼此的變化。

雙軸阻尼振盪及其在電學光學和力學上的應用

本研究的目的是要發展出一套簡單可靠的方法和廉價自製的器材,在實驗台上即能有效觀測和分析雙軸阻尼諧振。我們小組研究阻尼諧振配合李沙育雙軸振動理論發現其無論在力學上、光學上、電學上、工程上皆有許多應用價值。

費先生的堂表兄弟姐妹朋友

Fenton反應是雙氧水被亞鐵離子催化產生自由基的過程,藉自由基強烈的氧化能力,可氧化許多有機物,常用於處理工業汙染物。本實驗試著找出是否有其他金屬離子能引起類似Fenton反應(Fenton-like)的效果,藉由環境染料在光譜儀中測量其吸收度,如果染料氧化在特定波長下吸收度會改變,想藉此量測金屬離子催化雙氧水產生自由基的情形。但實驗中發現金屬離子可能與染料發生反應。所以我們再使用碘光度法:碘離子被氧化成碘分子並於水中生成三碘離子,使溶液呈黃色,並藉特定波長吸收度上升多寡或氧化速率來量測金屬離子催化雙氧水產生自由基的效果。最後發現在pH = 7中鈦離子(IV)及鋁離子有比亞鐵離子更強的催化能力。

螺旋彈簧

在物理實驗 “彈簧的實驗”中可發現彈簧具有相當多有趣的性質。其中一性質為:當它被垂直掛吊時,會分布的疏密不均。本文將探討彈簧於水平面上,一端固定於旋轉中心,繞中心之垂直軸轉動時的彈簧伸長量及分布,找出相關的變因並觀察之。變因包括加於尾端的質量、彈簧性質、旋轉角速率…等等。 最後結論所提出的除了可以很直覺地預料的性質(如: 轉速愈快,彈簧伸長量愈大)以外,本文歸納出彈簧之分布曲線之數學行式,更探討了彈簧之理論無限延伸條件、彈簧分布與各變因的關係等等不為人知的現象。

低雷諾數圓形及多邊形水躍的研究

打開水龍頭,水鉛直落到正下方的水平板時形成圓形水躍。我們實驗研究\r 20

挑戰3952─全世界最高的無線感測網路系統

本研究以無線感測網路技術,在最短時間內精確定位山難救援範圍。於登山客身上裝備具有全球定位系統(Global Position System, GPS)的無線網路感測器(Octopus),取得登山客行走軌跡之經緯度,透過Octopus進行登山客間的資料交換,在登山客通過基地台接受範圍內傳遞登山軌跡資料,可增加資料傳輸效率。 研究中發現登山速度與休息時間分別呈現常態分布,兩者間關係不大。再以亂數跑出登山軌跡模擬;發現人數增加亦可有效增加資料傳輸效率。於臺北市象山進行實測,發現登山習慣與基地台位置會影響資料傳輸效率,並證實交換機制具可行性。 未來將整合基地台與資料交換功能的設定,規劃效益最佳的系統,讓登山客在安全性更高的情況下享受登山樂趣,期望再將應用延伸至生態保育。

琴聲叮叮咚

我們以聲頻分析儀測量對木材的振動頻率,首先探討木材置放於不同溫度時的頻率變化,找出使木材振動頻率達穩定的最佳條件,並探究其原因。其次,藉由測量不同長、寬、厚度木材的振動頻率,歸納出木材振動頻率與其長、寬、厚度的關係方程式,由此關係方程式,發展出製造標準音高木條的流程。接著,我們以分貝儀測量木材的振動響度,探討木條在不同支撐位置的響度變化,找出有最大響度的支撐位置。另外,我們以氣柱共鳴法,探討不同振動頻率木條的共鳴管長度,並找出影響共鳴管長度的因素。最後,綜合我們的研究成果,完成一具高準確、響度足夠的木製打擊樂器。