全國中小學科展

生活與應用科學科

離位感應墊的製作與可靠性實驗

隨著人口老化逐年上升,且長照機構需求的增加;再因照護人力的不足;導致被照護者的照護不佳,並影響到其居家品質;近年政府開始重視長照的課題;實驗內容為了解壓力、溫度(室溫、高溫及低溫狀況下)與電阻三者間對離位感應墊的破壞關係;最後利用電子顯微鏡(SEM)觀察離位感應墊之感應片表面的組織(油墨)變化;此結果讓吾組了解到離位感應墊於不同的溫度、力及電阻三者之間的破壞關係。 實驗成果,可提供給予照護機構與製造單位之可用壽命(時間)的參考與改進數據,對於被照護者或有睡眠障礙者,已可提供好的居家品質與照護服務,且可減輕照護人員的工作壓力;期望未來可做到偵測全身壓力之分佈、呼吸訊號之量測及睡眠品質之評估等功能。

「生」生不「熄」!生質柴油的製作與應用

處理回收油最有效方法之一是製作成生質柴油,我們以新鮮的芥花油為原料,建立生質柴油製作程序,也嘗試將坊間小吃店的回收油製成生質柴油。研究發現,油加熱的時間越久,酸價就越高,可是酸價的高低不影響製成生質柴油的品質,但油品的乾淨程度或酸價高低會影響到生質柴油的產量。生質柴油在低溫時黏性高流動慢,可能會造成油管的阻塞;生質柴油的沸點高於柴油和酒精,相對的安全性也比較高。燃燒生質柴油時,提供的熱值比柴油多40%,產生的黑煙卻比柴油少。生質柴油的應用,除添加於柴油外,我們試著在酒精中添加一定比例的生質柴油,以改善酒精燃燒時火焰顏色不明顯的安全性問題。我們也試著收集碳粒製成墨汁,效果也不錯。

可調步距助行車

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。

蜂樹奇緣-蜂膠和落羽松萃取液之探究

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。

源源不絕--水質淨化研究與設計

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。

「瓶分」秋色大對決!瓶罐分類系統的探究與實作

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。

源源不絕---以環溫變化設計生態池汙水淨化系統

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。

金針菇下腳料與PVA之細胞修復膜研發

本研究應用金針菇子實體與下腳料萃取多醣,進行DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl)自由基清除率、總酚含量與還原力等檢測,以確定金針菇萃取物具有良好抗氧化能力。再依不同比例的多醣與PVA(polyvinyl alcohol)製成¬¬¬¬混合纖維膜,進行FTIR(fourier transform infrared spectroscopy)和酚硫酸方法檢測,以確定纖維膜上含有金針菇多醣。然後進一步用OM(optical microscopes)和SEM(scanning electron microscopes)觀察纖維膜之纖維直徑分布及排列構造,發現PVA和多醣比例為9:1、7:3、5:5製成的纖維膜,其纖維直徑皆為奈米等級,且多醣比例愈高,纖維直徑愈小、分布愈緻密。最後,進行拉伸實驗以測試混合纖維膜是否具備良好的彈性。初步研究結果顯示,應用農業廢棄物金針菇下腳料與PVA製成¬¬¬¬之混合纖維膜,其基本特性皆有不俗之表現,達到本研究的目的,既可廢物利用且是實用的醫美產品。

按圖鎖驥

現今手機的普遍使用,讓我們不禁好奇手機密碼鎖的圖形。由於現今大部分的人傾向畫點數少又沒有交點的情形,於是我們研究各種密碼鎖(2×3長方形、6個點正三角形、7個點正六邊形和3×3正方形)畫4~6個點合理的種類與有交點的數目多寡。 密碼鎖的兩項訴求使得能畫的情形比較多種,比較不容易被破解: 1.有交點的比率低 (沒交點比率高) 2.合理種類數多(總種類數多) 結果發現2×3長方形、6個點正三角形、7個點正六邊形總種類數皆太少,不適合作為密碼鎖。 而3×3的正方形有交點的比率不但相較於其他上述三者不高,合理種類數也多,難怪現今以3×3的正方形作為密碼鎖。此外,十個點的正星形同時符合此兩種訴求,因此有作為未來新式密碼鎖的潛力。

很「錳」的不鏽鋼

驗證網路上流傳的三種方法(電解、磁性有無、外表光澤)檢驗不鏽鋼中錳含量高低的可行性及準確性,並找出更簡便安全的檢驗方法。經實驗驗證發現: 一、無法以外觀或光澤程度分辨是否為200系列的不鏽鋼。 二、無法利用磁性判斷不鏽鋼的種類。因為具有磁性的不鏽鋼為400系列,但200和300系列的磁性都很弱,利用磁性無法分辨出兩著的差異。 三、電解法可以檢測不鏽鋼是否為含錳量高的200系列。 四、經實驗後得知使用5%硫酸的硫酸溶液,利用家中常見的吸水性的材料(如衛生紙、化妝棉….)直接以9V電池進行電解即可進行檢驗。 五、考量方便性及安全性,我們也設計了OK繃不鏽鋼檢驗片,減少接觸硫酸的機會和硫酸使用量,操作更安全。