全國中小學科展

化學科

電雙層電容器電極碳材性質之探討

本研究主要探討咖啡渣、甘蔗渣、竹幹、竹葉等天然材料,透過簡易的步驟,將其轉成碳材,再製成電雙層電容器,並且比較不同原料所轉成之碳材之物理、化學性質及其電容效能。在與其他文獻提出之碳材合成法與其電容效能作比較,發現以甘蔗渣為前驅物所合成之碳材相當具有研究潛力,碳材具有質輕且組裝成電容器後具有不錯的電性測試結果。

蛋白生"氣"了!~蛋白起泡性之探究

本研究透過蛋白起泡的過程,了解蛋白質變性現象、影響蛋白起泡因素,並分析蛋白泡比重與打發階段之關聯性。研究發現轉速1200RPM適合將蛋白質鏈結打開。添加液態糖、水、或提高蛋白溫度都有利於蛋白質鏈結打開,打出比重小、但安定性較差的蛋白泡。添加糖的時間點及糖量也會影響蛋白鏈打開,研究發現先攪打2分鐘將鏈結打開後再加糖,可使蛋白泡起泡佳,若加入超過80%以上的糖就可穩固蛋白質結構,打出安定性佳的蛋白泡。不同蛋種的蛋白泡比重為鵪鶉蛋>雞蛋>鵝蛋>鴨蛋。最後發現比重在0.38 g/cm3~ 0.28g/cm3的蛋白泡,介於濕性與硬性發泡之間,適合應用在烘焙食品。透過實作了解適當比重的蛋白泡具有彈性,可拉出小尖頭並做出紋路凹陷率大、表面光滑的蛋白糖。

見「色」思「期」-建立擴增實境(AR)顏色標籤-利用常見指示劑變色製作複合資訊標籤之可行性研究

物品的日期標籤一直是消費者了解商品可實用的重要資訊來源,但有時文字不易識別。有些標籤顯示期限,卻不能真實偵測商品恆溫運送與新鮮度。本研究企圖利用日常生活常見指示劑,透過控制變色條件,建構隨時間、溫度變色的變色標籤並結合手機擴增實境APP,增加使用者方便性。結果發現,加入酵母菌與白砂糖後的發酵過程,能改變與穩定酸鹼指示劑的變色時間。紫色高麗菜汁與本氏液,在調整添加物的比例後,還能控制變色時間與溫度。在製成新鮮度標籤上,以玻璃紙隔開食物較為合適。我們成功完成提供複合資訊的變色標籤,包括:冷藏食品標籤、冷鏈監測標籤、常溫監測標籤等三種標籤,透過連結手機擴增實境APP隨時了解變色標籤顏色所代表的訊息。

可撓式指叉電極的製備與應用

本實驗先以銀墨水筆在相紙上繪出能感測鹽水濃度的指叉電極,當指叉數目愈多時,偵測靈敏度也隨之提高。接著,以點膠機將銀膠塗佈於可撓的投影膠片上,並用交流電測量不同水溶液之電容變化(葡萄糖、蔗糖、氯化鈉和L-麩胺酸鈉)。對不解離的非電解質而言,濃度並不影響測量結果,但電解質溶液中,濃度與電容在對數關係下呈線性正相關(R2 > 0.95)。偵測極限受指叉排列緊密度所囿,最低可至0.1mM,但若偵測物質為質量較大的L-麩胺酸鈉時,會不及感應高頻交流電,使偵測極限變成約1mM。若要擴大偵測範圍,建議以低交流電頻來偵測。此外,物質所具有之靈敏度不一,可當作其特有的偵測「指紋」,使指叉電極達到辨識不同生物物質的可能,成為有效的生物檢測工具。

衣服BBQ

本研究探討各種布料燃燒的情形,並研究適用於各種布料的化學阻燃劑。將天然纖維、人造纖維及混紡等三類紡織布,共七種布料,分別噴上四種類別,共十種化學藥劑後,在自製燃燒箱內燃燒。利用水平燃燒、垂直燃燒、皮膚模擬、煙阻照度等方法,分別測量反應時間、燒毀長度、豬皮升溫、生煙量等,以判定化學藥劑的阻燃效果。以受熱起反應時間慢、延燒速度慢、溫度低、生煙量少為標準,層層篩選出效果最佳的阻燃劑。結果發現,不同布料在燃點、續燒性、氣味、融化、炭化等方面有所不同。也發現每一種布料適用的阻燃劑有些差異,其中以矽酸鈉的適用性最廣。若考慮酸鹼值和生煙量則以氯化銨作為布料的阻燃劑最佳。

科學「化」面:古典顯影的秘密

本研究針對六種古典顯影法(藍曬、凡戴克棕、鐵鹽印相、鹽印、吉利丁鹽印、蛋白印相法),依不同變因(紙張、感光劑濃度、水洗溫度、調色法),探討各顯影法的色階顯影範圍、明暗對比度與細節。結果發現不同顯影法擅長的顯影範圍、清晰度、與明暗對比不同;其中藍曬法擅長暗部顯影,凡戴克棕法則在亮部表現出色,鐵鹽印相法、蛋白印相法則是所有顯影法中,最能夠均勻表現所有色彩的顯影法。紙張與感光劑濃度對顯影結果的亮度與對比有明顯影響,而水洗溫度與調色法則是對顯影結果的清晰度與色調帶來改變。本研究最終彙整出一「古典顯影指南」,作為化學與藝術對話的參考指引,讓現代照片透過手工方式展現昔日的懷舊風格與藝術價值。

以自組LED光電測定儀連續測定觀察結晶紫的褪色反應

本研究自組LED光電測定儀,連接電腦的數據處理,可準確連續偵測結晶紫的褪色反應。研究中先以眼視觀察結晶紫在酸鹼性中之褪色變化,並以自組的LED光電測定儀連續測定褪色反應。除評估LED光電測定儀的應用性及探討影響褪色原因外,也測定褪色反應速率。結果發現,以透光度所反應的電壓以對數換算對濃度的測定符合比爾定律;結晶紫在酸鹼性中的褪色反應屬不可逆反應,中性鹽類及有機物是不會影響結晶紫的褪色反應;反應速率必須在低濃度及極短時間內測定,才能獲得準確結果。自組裝的LED光電測定儀,經結晶紫水溶液褪色研究後,確認它體積小、低成本、光源穩定、可連續測定等特色,可開拓為中小學科學研究的工具,提高研究層次。

鋁空氣電池

本實驗探討以回收暖暖包、廢棄濾心碳材、鋁箔、鋁罐加上食鹽水製成鋁空氣電池的可行性。第一部分我們比較不同炭材和不同隔離膜種類的組合,發現備長炭和厚紗布的組合測得最大電壓約1伏特;第二部分則以活性碳粒及碳粉、透氣防水布、鋁箔及鋁罐,找出較佳發電效能的組合,發現備長炭添加活性碳粒的組合得到最大電壓約1.13伏特、電流0.2A;第三部分以使用過的暖暖包自製設計四種暖暖包鋁空氣電池,電壓均可達約1伏特。最後利用廢濾心碳材,自製設計五種濾心碳材鋁空氣電池,並經由簡單串聯後電壓可達3伏特、電流接近0.1 A。其中實用性較高的電池有二,一是濾心碳棒浸泡鹽水鋁罐空氣電池組,二是堆疊六層「碳塊-鹽水果凍-鋁片」空氣電池組。

走「磺」入「膜」

市面上中小型風力發電機的蓄電池使用鉛酸電池,此電池兩極浸在同一電解液中,不斷充放電之後會有再結晶問題,使電池壽命縮短而不環保。為求「環保」,我們發現了可以改善此問題的電池──逆釩流電池。 此電池現用的質子交換膜多由Nafion®公司製作,雖廣為使用,卻因釩離子滲透率高而效率不佳,而萌生一種想法:可否找到更好的膜呢? 參閱文獻後,發現以聚醚碸樹脂(PES)、磺酸化聚醚醚酮(sPEEK)為材料的膜很有潛力。前人研究兩種材料比例差異,未以其他因素進行實驗。此報告主要以不同帶電程度──磺酸化程度的sPEEK製膜改良並探討。 在製作並測量各膜的物理性質後,因為膜的帶電性,配合其差異穿透的特性,進而提出將此膜用於更環保的電池──海水濃差電池。

「光」見果汁,真假立見~果汁吸光度與化學成分關係之探討

本研究的目的是要透過天然果汁和食用化學果汁之透射強度及光譜吸光度圖的實驗結果,建置一個小型數據資料庫,讓大眾能透過自製簡易光譜儀,檢測對照蘋果汁和檸檬汁是否含有化學成分。根據實測結果發現,天然果汁濃度愈高,吸光度亦愈高;而天然果汁內加入的化學成分比例愈高,則吸光度反而愈低;且可明顯看出,完全無天然果汁的化學果汁,其吸光度呈現出一條沒有波峰且吸光度僅維持在0.4以下的近似水平線。