生活與應用科學科

本研究利用低成本的製程，將含有石墨烯量子點之3,4－乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）塗佈在Si金字塔微結構，組成有機－無機混合型太陽能電池，以達到在大角度入射的弱光環境下，依然具有高光電轉換效率。此微結構具有優異的光捕捉效果，且可以與PEDOT:PSS形成更多異質接面，因此大幅改善有機－無機混合型太陽能電池的短路電流、填充因子與光電轉換效率。在各種入射角度與各種光強度下，摻雜石墨烯量子點之混合型太陽能電池的效率因石墨烯量子點具有超高載子遷移率及降頻轉換效率，使其效能比一般矽基太陽能電池好。這個研究將開創一個低成本、高效率、全方位入射角且弱光環境之太陽能電池的新應用。

資源回收需要花費許多人力，因此我們想要嘗試製作一個自動回收系統，來解決這個問題；首先我們探討四種物理特性對鐵罐、鋁罐及寶特瓶檢驗後的差異，我們先後根據不同特性及原理自製了瓶罐撞擊器、磁場檢測儀、導電檢測儀及光反射檢測儀來蒐集各種數據，我們發現可以利用敲擊後的聲音頻率來找出寶特瓶，利用磁場感應的方式找出鐵罐，利用導電及光反射的特性來找出鋁罐。 我們進一步利用「二分法」與磁場及光反射這兩項物理特性來設計出一個自動分類系統，這個自動分類系統能夠達到100% 的檢測成功率，因此，利用物理特性對三種材質瓶罐進行分類是可行的，我們的資源分類系統可進一步開發成大眾使用的資源分類工具。

我們以水壓65gw/cm2為基準，量測不同濾材的流通速率，作為濾程設計的依據，應用連通管原理、巴斯卡原理整合我們自創的腸道仿生濾柱，在有限的空間中設計出三區分離式連通管的最佳濾程組合，並結合UV-C殺菌燈管、太陽能供蓄電電池模組及無線遙控開關，設計出一台環保節能的家庭用移動式淨水裝置，體現工程思維及maker精神; 希望解決全球衛生落後地區，超過10億人無法取得乾淨飲用水的迫切問題，並獲Bill Gates foundation及Google邀請，赴美展示。

根據統計，全球有6.63億人口缺乏乾淨的飲用水，非洲婦女們每天約有1/4的時間在挑水。為了幫助他們，設計了無負擔且高效能的汙水淨化系統。為了使汙水能更快蒸發，維持高溫並產生溫差變化，因此使用照光無死角的透明壓克力半圓球，中間放入有聚焦功能的菲涅爾透鏡，底下再放上黑色平底鋁鍋吸熱導熱！為了使水蒸氣能更有效率的冷凝成水滴，產生壓力差而加速帶動整個系統，所以使用鋁管為冷凝管，並將它呈現螺旋狀，增加與水的接觸面積，再接上集水瓶。而集水器另一端的鋁管，則是為了帶動冷空氣的對流，甚至能防止已冷凝到集水瓶中的蒸餾水蒸發，達到最高的冷凝效率。

蜂膠對一般人的印象而言是一種保健食品，這次研究的蜂膠卻是鄒族傳統的黏著劑。我們藉著實驗的安排與驗證，了解蒼蠅蜂的蜂膠在各種環境變因下其黏性的表現，進而發現蒼蠅蜂的蜂膠不僅黏性強，而且穩定性高。這也讓我們體會到以前族人在山林中的生活智慧。

臺灣地處亞熱帶，適合利用太陽能。太陽能的應用分為將光能轉為熱能與電能兩大類。前者在八上自然與生活科技課本，3-2面鏡成像單元中，提到太陽能集熱器是「利用平行主軸的太陽光，經凹面鏡反射後聚於焦點」，於是我們試著設計並製作一個焦距為10cm、口徑40cm的拋物面鏡太陽爐，作聚光煮物。後者利用太陽能板發電，將電能儲存12V電瓶，適合戶外手機充電、照明、轉成AC110V家庭用電等多功能之用。為了提升陽光轉換熱電的效率，構思了一套追日電路系統。且由課本中學得槓桿和齒輪省力機械原理，設計了木製的轉動載臺。藉由兩組光敏電阻分別去偵測太陽光的水平(方位角)及垂直(仰角)強度，馬達驅動轉動載臺，達到讓太陽爐及太陽能板正對太陽的任務。

本作品探討病患因傷因病需要進行腿部復健的助行訓練器，在鋁擠條的車架上設計可調式定距離機構、座椅機構、後退止逆限制機構等機械裝置，並採用Arduino控制器結合感測器來輔助訓練位移量的記錄，可量測病患心跳體徵，同時兼顧安全與訓練功能，可以有效地輔助物理治療師或職能治療師實施復健療程，機構本身沒有用到電動機所以無需用到電源，由病人自發自主的訓練來縮短復健時間，早日回歸職場正常作息。

看過噴水後會舒張的葉脈人造花手工藝產品，我們試著重現並透過各種研究來找到ＳＯＰ標準製造流程，達到又快、又有效果的量產目的。研究發現「桂花葉」用強鹼煮爛葉肉，保留葉脈的效果最佳、選擇「中年葉」搭配「泡水搓揉法」成功率最高。在「未加工的乾燥情況」下，葉子因為形狀記憶回彈60%角度，「噴水後」葉脈纖維吸水、恢復形狀，額外伸展1/3角度。 在「強鹼環境」加工，吸水恢復角度提高3度、速度沒有明顯差異。「強鹼且加入雙氧水」再次加工後，乾燥情況自然回彈率大幅降低，吸水恢復角度可達90度以上，吸水延伸速度快未加工組3倍，有顯著效果，證實「強鹼有氧環境下，纖維素成為鹼化纖維素達到『絹化』，柔軟度提高、吸水力增強」的效果。

雲林沿海地區的養殖漁業，每每因為風災停電而飽受損失，有鑑於此，我們想設計不需電力的增氧設備。於是我們想到應用簡單機械結構、輪軸、齒輪等元件，成功的組裝了一台運轉良好的風力驅動曝氣裝置，將風力直接轉為機械動能，並透過實驗測量其性能與相關參數，找出了最佳化的風葉片寬度、受風角度與葉片數量的組合，水中溶氧量的測定。並且也將此裝置實際至野外漁塭測試，證明了本裝置的可行性。 我們的研究對於魚塭的養殖用戶而言，可以節省了大量電費及降低設備的成本，是魚塭的養殖用戶的好幫手，我們的創作免外接電、更環保、更綠能也能提升安全，希望我們的創作-直立式風力魚塭曝氣器能為世界環保更盡一份心力。

本研究主要是探討蜂膠及落羽松萃取液之功效。透過觀察蜜蜂採集落羽松樹皮汁液，回巢製成蜂膠的方式，我們對樹皮進行萃取，再以實驗比較萃取液是否與蜂膠有類似的功能。 針對上述想法，我們設計以下實驗：1.以水溶液蒸餾法及酒精萃取法萃取落羽松樹皮汁液。2.比較萃取液和蜂膠的抗蟻效果。3.比較萃取液和蜂膠的抗菌效果。4.比較萃取液和蜂膠的抗氧化效果。 研究結果發現，蒸餾法中低溫蒸餾萃取液的抗蟻和抗菌功效比市售蜂膠效果好，酒精萃取液抗氧化能力雖然比蜂膠差一點，但在實驗中也和蜂膠效果相當接近。由於蜂膠相當稀有且珍貴，未來可以朝著萃取落羽松樹皮，大量提煉出有效的抗蟻、抗菌及抗氧化物質。