全國中小學科展

國中組

米粉圓舞曲-探討溫度、蛋白質和花青素對米麵包的影響

麩質中主要胺基酸為麩醯胺、脯胺酸和半胱胺酸,三者能提升麵團延展性、韌性與彈性。米粉中缺乏上述胺基酸,因此米糊缺乏上述特性。本研究的目的是依循「天然、健康、好口感」原則,探討米粉種類、不同水溫、添加蛋白質種類與含量、添加花青素(健康)對於米麵包特性(口感)的影響。研究結果顯示,添加雞蛋蛋白、奶粉(天然、健康)製作的米麵包鬆軟彈性佳,或以蓬萊米粉:糯米粉比例4:1、水溫70℃製作麵包品質也不錯。火龍果皮萃取液在烘烤後,抗氧化力會提升,這可增加果皮的實用性,符合「全果使用」的理念。本研究中的米麵包優點有1.推廣米農業. 2.避免麩質過敏. 3.添加花青素,增加抗氧化能力. 4.製作簡單,價格親民。

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。

拜「鈀」兄弟─「催」出氧氣的化學力量

本研究從還原電位角度切入催化劑與雙氧水產生氧氣的反應路徑,思考二氧化錳無法長時間穩定產生氧氣的原因。查閱文獻發現,雖然二氧化錳具高還原電位,但反應過程中易被還原為 Mn²⁺ 而使催化能力下降。藉由還原電位表知道二價與四價鈀型的分子皆能氧化雙氧水,催化產生氧氣,因此本研究設計將鈀沉積於氫氧化鎳表面防止鈀顆粒團聚,透過高溫熱氧化製作出氧化態的鈀奈米酵素,結果顯示,9%鈀摻雜的 NiO 可快速催化反應, 溶氧量達 12.8 mg/L,效率優於 MnO₂ 與天然酵素,且連續反應三次後仍維持 96% 效率,金屬流失率小於 3.5%。本研究開發之 NiO:Pd 奈米酵素展現優異的催化活性與重複使用性,更適用於須穩定產氧量化的實驗課中和緊急供氧與環保催化等領域。

熱與磁的雙重試煉:探討不同鐵磁流體的導熱效果

本探究從遊戲電影與日常生活中得到許多的啟發。最主要在探討製作出導熱與散熱效果最好的鐵磁流體,我分別應用不同的材料做出差異。首先找出最適合的鐵粉來製作,做出第一代鐵磁流體,再調整比例,接者挑選基載液體,再嘗試放入表面活性劑,最後是洗潔鐵磁流體的液體。經實驗發現以鐵粉為四氧化三鐵,表面活性劑為大豆卵磷脂,基載液體為煤油,以及洗潔鐵磁流體的液體為酒精所做的流動效果為最佳。我自製了一台簡易測量裝置,以此更加便利於測量鐵磁流體的最高長度和影響鐵磁流體的最高距離。而後為確認最終各項鐵磁流體的傳導效果,我製作了簡便小裝置計算冰塊融化的時間,以此分辨出最佳的鐵磁流體。最後的成果也證明出了鐵磁流體獨特的性質。

啞鈴幫我數與運動姿態分析系統

健身房四處林立,健身為現代人所崇尚的活動,人們知道健身的益處,但須持之以恆才能享受,否則容易受到傷害。根據研究證實適當運動對身體的益處大於壞處。傳統啞鈴只是一種健身器材,但也是最佳器具之一,然而每次操作時使用者須自行計算次數,使遺漏次數、多算次數等問題層出不窮,容易造成使用者心理負擔和增加運動傷害的可能性。在作品中我們將啞鈴結合科技,使用時在啞鈴或手機設定次數,啞鈴即可幫助使用者計算次數,也能糾正使用者動作是否標準,當達到設定次數時,啞鈴會發出聲音提醒使用者。系統以ESP32為主控器,搭配6軸加速度感測器偵測慣性運動,介面設計有HMI、心率感測器及藍芽無線傳輸控制,再經由手機APP程式記錄操作者每次運動姿態。

探討O2、CO2與溫度等因子的變化對大刀屬螳螂生存之影響

本研究探討O2、CO2與溫度等因子的變化對大刀屬螳螂(Tenodera)生存之影響,以下研究簡稱大刀螳螂。結果一:7種野生環境O2最低平均19.79%、CO2最高438.57ppm,全罩環境CO2濃度平均最高1200ppm,且不吃不喝下平均存活了43天。當低O2平均在8.2%、CO2濃度6496ppm時,雄蟲呼吸速率增快經過6.47小時昏迷,最快0.48小時甦醒。結果二:8種不同環境溫度與行為,首度證實之前從未被證實過大刀螳螂體溫總平均高於環境2.79°C。第9種溫度實驗發現在40°C時,體溫總平均竟高於環境6.97°C,平均3分鐘死亡。

巢居穴處—蟲菌穴分布特性與影響因素分析

為了解蟲菌穴分布特性與影響因素,我們以四十種木本植物為研究對象,先觀察各種葉片是否有蟲菌穴及數量多寡、歸納出六種類型、確認內部構造,並確認穴居生物以螨類為主;再分析親緣關係、不同脈型的影響;最後探討不同葉片大小、樹冠層高度及內外層、葉片成熟度等因素對蟲菌穴數量及型態的影響。結果發現,並非所有木本植物有蟲菌穴,脈型的影響較親緣關係明顯。平行脈都沒有蟲菌穴;側脈有較多分岔,蟲菌穴數也較多。種間葉片面積大小與蟲菌穴數無明顯相關。但小葉欖仁和茄苳的主脈長度與蟲菌穴數量皆呈顯著正相關。樹冠層越高、越外側,則蟲菌穴數越少。茄苳幼與成葉的蟲菌穴數也有顯著差異。茄苳葉在不同時期及不同部位的蟲菌穴型態都不相同。

生菜變色的秘密

蔬果收成後褐變主要由多酚氧化酶(PPO)催化酚類化合物,氧化產生醌,伴隨非酶促反應,聚合成深色色素。本研究主要探討台灣福山萵苣變色的原因及其緩解。首先,本研究觀察到莖和葉柄中的維管束最容易變色。接著,證實了鹼性環境會抑制PPO的活性,而抗氧化劑維生素C和還原型谷胱甘肽可以抑制褐變。研究進一步改良粗萃取的步驟,並以兒茶酚作為反應物,測量產物鄰苯醌的吸光質,量化PPO的活性。此外,也發現變色的細胞並不一定為死亡的細胞,死亡的細胞也不一定會變色。最後,配合組織切片,確認變色細胞較多的是木質部,而死亡細胞較多的是韌皮部。綜上所述,本研究證實萵苣變色的部位PPO活性較高,且可以利用抗氧化劑抑制變色。

「捲」動未來-摺紙仿小卷機器人之探究

我們觀察到小卷在水中移動時,若受到驚嚇或刺激,會以噴射方式迅速前進。基於此特性,我們設計並製作了仿小卷動力機器人,模擬其水中移動行為。寶特瓶小卷 模型皆採用水力作為動力來源,並以近似小卷的材質與比例製作,使其運動方式更貼近真實生物。完成初步實驗後,我們嘗試讓模型能像真實小卷般自行移動,因此運用校內的3D列印機設計零件。並且模仿小卷的動力,做出外殼,使用棘輪裝置收縮彈出產生速度,使仿生小卷能達到推進的效果。

Q不容緩!粉圓彈性模型之建立

參考文獻後,發現水溫、煮製時間與浸泡過程皆會影響澱粉糊化程度與內聚性。透過單/多變因實驗設計,分析各參數對粉圓內聚性影響,並建立粉圓彈性模型。在單變因實驗中,烹煮時間60分後,粉圓吸收水分與熱能後與生粉圓相比膨脹1.4倍,但超過120分後過度糊化而縮小。在多變因實驗中,由SN反應圖趨勢,找到澱粉分子、水與熱交互作用最佳條件:生粉圓浸泡80度熱水90秒、浸泡10度冷水1小時、沸水烹煮20分、50度悶煮5分鐘,且微調後可適用不同生粉圓粒徑。品評後,結果呈現此方法烹煮的粉圓是青年族群的最愛。另外,亦可調整軟硬度,迎合幼、老年族群喜好,未來可結合AI智慧機器人達成模組化、自動化、客製化粉圓烹煮流程,實現商業應用。