全國中小學科展

生活與應用科學科

蟲蟲危機-天然紫膠蟲色素染白髮之可行性研究

本研究以紫膠蟲色素添加媒染劑進行染白頭髮實驗。實驗結果顯示,紫膠蟲以乙醇及超音波震盪提取後,色素萃取率為2.89%。經分光光度計檢測其主要吸收波長為489nm,吸光值2.968。如以木醋酸鐵液做媒染劑時,染髮後色素滲透率達27.15%,比荔枝木灰水的16.88 %高,也比無煤染組別11.89%高,此結果證明紫膠蟲色素在酸性下有很好染髮色牢度。此外,如添加指甲花粉以複染方式進行,其CIE L*值為51.22比單以指甲花粉染髮57.40低,此數據代表複染方式優於單次染髮,如紫膠蟲色素添加指甲花粉能增加染髮色彩。綜合前述結論證實,紫膠蟲色素可運用於天然染髮劑中進行白髮染色,且將危害果樹生長之紫膠蟲,開發成具經濟價值的化妝品,並可減少果樹噴灑農藥,達到環境保護的最終目標。

風生水起-直立式風力魚塭曝氣器之研究

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。

黏葉大討讚

許多環保製紙是利用回收材料再生新製用紙或利用當地特產等長纖維植物製紙。但常見的花、草和樹葉卻因纖維短而無法製紙。是以本研究一改以往必須挑選合適植物製紙之限,開發可黏合容易取得的短纖維植物製紙技術,使更多植物可做為製紙之原物料,達成不需砍一棵樹,不需紙張,不需化學物質也能自己造紙的目標。如此更具有綠色環保與永續的概念。 本研究採實驗研究,首先選出五種含膠植物(蘆薈、白木耳、馬鈴薯、蓮藕、海帶),短纖維植物以學校常見的榕樹葉子當對象,研究榕樹葉子跟何種含膠植物組合可以製出可用紙張。研究結果發現:用40g海帶+5g水藻+10g榕樹葉,使用陰乾或吹乾的方式,即可製出可反覆折、可書寫、可列印之類似影印紙效果的紙張。

過來『橋』一下~利用市售義大利麵來探討椼架橋樑結構對其負重情形之影響

本研究利用電腦程式West point bridge design 模擬橋樑結構的穩定性,並使用義大利麵充當椼架實際來搭橋,藉此了解結構對橋樑負重的重要性。研究中發現: 1、Warren的結構最經濟實惠,Pratt結構次之,Howe結構負重效率最差。 2、橋樑結構中的每個桿件受力情形不同,因此根據受力情形來加以設計橋樑結構能提高經濟效益,例如:Pratt結構與Howe結構雷同,但是Pratt結構所承受的壓力是落在較短的垂直桿件,因而提高了Pratt結構的負重性能。 3、藉由結構的設計,使得原本負重效率約為65(gw/根)的義大利麵條,提高到99(gw/根),約增加了1.5倍。 此外,藉由West point bridge design 軟體設計橋樑結構,並以義大利麵實際搭建橋樑,且測試其負重能力,可發展成完整的教學流程,極適合國中學生學習建築結構等相關課程。

探討自製有機-無機混合型太陽能電池在不同光強度及波長下的特性

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。

智慧型車胎磨耗偵測系統

車輛輪胎過度磨耗會危及車輛的操作安全。本研究建立了車胎磨耗自動偵測系統,在車胎表面下特定深度埋設覆有可隔絕電磁波之隔離層及防干擾層的被動式無線射頻識別標籤,採”故障觸發”方式運作。當車胎表面尚未被磨損到特定深度前,讀取器之電磁波無法穿透隔離層激發標籤,因此無法讀到標籤信息,系統將判定車胎磨損狀況良好。等該車胎過度磨損時,會把該隔離層磨除,使標籤可被激發而讀取到信息,系統藉此判別哪一個車胎已嚴重磨損,自動提出警告。由於使用被動式識別標籤及故障觸發方法,本系統具有體積小、免電池、免維護、成本低、誤判率低等優點。測試結果證實本系統可即時有效的偵測到車胎之過度磨損,保障行車安全,讓507雪隧事故不再發生。

凡走過必留下痕跡-利用Kinect進行物件追蹤

我們利用物體的色彩特徵而發展出物體的追蹤程式。為了提升物體追蹤的精確度和速度,我們比較了多種色彩空間的特性,發現HSV色彩空間受光線影響較小且色彩區辨力較強,因此我們將數位系統初得的RGB色彩空間數據轉為HSV色彩空間資訊並將之呈現在程式畫面上,至於雜訊的處理,我們採用了模糊、侵蝕、擴張的方法來消除。微軟新一代體感遊戲的輸入介面Kinect,除了提供傳統的2D彩色視訊外,還提供了深度資訊,藉由深度資訊的輔助,我們的物體追蹤程式可更為穩定,藉由WPF與EmguCV函式庫,程式的處理速度非常的快,可以達到真正的即時物體追蹤。

大法「溼」的魔法開關-以不凋花製作仿生開關

有一些天然的乾燥花—急凍花及蠟菊,澆水時花會閉合、乾燥後又會再度開花,本研究探討其連續開閉的構造及機制,並利用其特性製作自動澆水器。 研究發現控制反覆開閉的關鍵位置在於苞片近基部的轉折處,該處是水份的入口,吸水時細胞變長,使背側增長,導致花閉,失水時細胞變短,使背側變短,導致花開。形變角度受其材質特性、空氣含水量及溫度影響,具有Hydromorph現象。 本研究以蠟菊的苞片製作濕度感測器,利用其形變,控制澆水器的開與關,配合春夏秋冬不同的溫濕度及植物的喜濕性,調整感測器的通風程度,可控制澆水頻率,下雨時,則自動關閉並調整澆水節奏。以植物的素材作感測器開關,感測和控制一體,可環保省能。

智慧型節水供水系統

冬天能洗個舒服且讓身心放鬆的「熱水澡」是很幸福的,可是一般我們在淋浴時,都會先開啟水龍頭讓水慢慢變熱,但你是否想過,在冷水變成熱水之前的那些冷水去哪呢?好像是流進排水溝全都浪費掉了。目前很少有任何一款市售的產品能夠瞬間就加熱到適當的溫度,這也就是「即熱式電熱水器」的缺點。為了節省大自然的水資源,一個嶄新的「智慧型節水供水系統」應運而生。在此,我們建構一個以單晶片為核心的微電腦控制系統,使其能有效地控制管路中的電磁閥,再加上溫度感測裝置能讓水溫達到我們所設定的溫度之後再行出水,未達溫度的冷水也能儲存回流之後再使用,這樣不僅可以解決熱效能不彰的問題,又毋需忍受那濕冷的感覺,也不會造成水資源的浪費。

任意門:隱藏式連動安全門擋

「門」是每天生活中必須接觸的屋內設施,一天之中總要開開關關好幾回,但每當遇到風大時候,不小心就會發生加速作用,『碰!』的一聲,如雷貫耳!基於此一日常生活體驗和自學校教室觀察到門擋損壞情形,發現門的使用實有其不便之處與特殊需求,於是構思具備構造簡單、耐用,又能將門打開固定於任意位置的裝置。 作品優點與特色為: 1. 簡易的結構設計、周全的功能考慮。 2. 能避免破壞性施工,不需於牆壁或地板上鑽孔。 3. 人性化設計,配合轉動門把帶動門擋裝置,即可將門打開固定於任意位置。 4. 安全性考量,可防止誤推拉的情形,並能適應不平整的接觸面。 5. 增加第三支點的防暴力設計,功能更完備。 6. 隱藏式設計,維持門板原有外觀,操作方便具實用性。