全國中小學科展

化學科

隨「晶」所欲,從「核」開始

我們已經知道,過飽和醋酸鈉水溶液可以產生結晶放熱反應,之後再利用過飽和醋酸鈉水溶液放熱特性,製作出了一些簡易的暖暖包,經過詳細的觀察後,測量出它的多種性質:不同過飽和醋酸鈉水溶液濃度與質量,它們分別的溫度、持久時間等。除此之外,為了要使自製暖暖包更迅速、更簡易的產生出結晶,所以我們便將長尾夾、髮夾、彈簧等各式各樣不同的觸發介質丟入自製暖暖包裡面,或是利用在袋外敲擊、按壓、音叉震動等不同的方式來使它產生結晶,並探討與延伸結晶之位置及結晶困難與簡單的程度。最終,我們期望能做出一個能重複使用、不會發生低溫燙傷、又可以維護大自然的自製暖暖包。

金門高粱抗氧化能力探討(二)

研究高粱各類材料在實驗控制下的抗氧化能力。我們用點滴法進行實驗-記錄滴數與重量,並外加獨創的萃液/碘液重量比法(B/A)觀測以減少誤差。 研究顯示:1.幼苗抗氧化能力:黃化苗 > 綠化苗。平均:金門9號 > 台中5號 > 大陸。2. 全株高粱抗氧化能力:果實 > 葉 > 枯葉 > 根 > 莖。3. 全株高粱遮光後抗氧化能力:果實> 葉 >根 > 莖。全株高粱遮光後葉與種子抗氧化能力增加。4. 部份葉子遮光的抗氧化能力:同株有遮光最佳。 5. 果實萃取溫度與抗氧化能力呈負相關性。 6. 常溫萃取及高溫萃取接觸空氣時間與抗氧化能力呈正相關性。萃取液酸鹼pH值與接觸空氣時間呈正相關。 7. 釀酒過程的平均抗氧化能力:液態發酵> 固態發酵。有酒麴 > 無酒麴。不接觸空氣>接觸空氣。

花開花飛花滿天-以手機應用軟體色差計探討植物色素對酸鹼與重金屬之色差值可行性

本實驗首創以手機應用軟體:”色差計”與ColorMath 測Lab值,並計算色差值。在自紫甘藍菜、菠菜及甜菜萃取的花青素、葉綠素和甜菜色素液中加入不同pH值酸鹼液及各種不同濃度重金屬水溶液後,將色素放入自製標準光源觀察箱中,使用手機應用軟體測量Lab值,並分析其色差值,發現高、低濃度色素液對酸鹼水溶液及不同濃度之各重金屬液皆有變化,且濃度可偵測準確至1/50ppm。此證明了:使用植物色素檢驗重金屬和溶液酸鹼度為可行之方式。本實驗植物三種色素皆可自生活中之蔬果萃取而得,提供大眾簡便環保又低成本的檢驗方式。

「鈣」有「旋」機

本研究探討酒石酸與鈣離子反應在不同環境下造成溶液旋光度改變的情形。首先,我們先利用雷射光、玻璃偏光片、電路板、顯示器(顯示電壓)製作簡易旋光儀器,經測定後能呈現線性關係,證明本儀器的可行性。為了避免沉澱物干擾自製旋光儀的測量,我們採用極微量濃度進行反應。在極微量濃度下,不具旋光性的微粒晶核不會造成溶液旋光值改變,而酒石酸鈣微粒晶核形成時,則會造成溶液旋光值變化。形成酒石酸鈣晶核的過程中,不同條件下會產生(+)旋光性及(-)旋光性的情形。在雷射筆照射下產生廷得耳效應,顯示晶核形成前期應屬於奈米顆粒。最後,我們在反應過程中,利用硫酸鈉移去鈣離子後,能得到一個穩定不變(-)旋光性的溶液。

調控奈米普魯士藍顆粒尺寸提升二次電池充放電效率

本實驗以共沉澱法製作普魯士藍奈米顆粒,以調控沉澱溶液的溫度在25、50、70、85℃,分別成功製作出平均直徑為26、32、38、62 nm的Na-FeFe普魯士藍顆粒粉體。以GSAS結構分析程式擬合X光繞射譜圖,指出晶體結構為立方體,且提高共沉殿溶液溫度可以提高Na含量,減少H2O佔據孔洞。由反傅立葉轉換獲得電子分布圖,顯示與與C鍵結Fe的電子密度低約15%,其電子組態為C-FeIII及N-FeII,C-FeIII較容易進行還原反應。組裝成二次電池,顯示32nm及38nm普魯士藍為陰極的電池,C-FeIII及N-FeII,均可以進行氧化還原反應,其電容量較高且充放電衰退率較低。

鋤禾日當午,擦點防曬乳

本研究的目的是探討常見天然食材及廢棄果皮對紫外線(UV)的吸收效果,以Arduino組裝UV檢測儀檢測UVA、UVB的吸收值,並與市售UV強度計確認可信度。以水及酒精萃取食材發現常用食材都有吸收UV效果,其中柑橘類果皮和綠茶比過往科展的火龍果皮、蘆薈皮和咖啡渣效果更好。植物油中UV吸收效果最佳的是麻油,食材經油萃取後可提升吸收UV效果。防曬乳製作以水萃取綠茶3天及綠茶和水重量比1:3,搭配9種植物油萃取綠茶3天及綠茶和油重量比1:3,用油相/乳化劑/硬脂酸/水相重量比60:4:1:35,製出9種天然防曬乳,經自製UV檢測裝置評估後,發現防曬效果與市售防曬乳相近,也透過解剖顯微鏡觀察到油包水的圓球形微胞,證實此配方可成功製成防曬乳。

魔幻「膜換」洗潔晶球-點「冰」成晶之旅

本實驗想透過海藻酸鈉與乳酸鈣的交聯反應包覆清潔劑,做出晶瑩剔透的洗潔晶球,並結合「無瓶水」概念改善晶球成型方式,運用反轉球化、二次凝膠球化,做出薄又堅韌的水球外膜;為克服洗潔劑影響海藻酸鈉與乳酸鈣的交聯反應,及鈣離子會減弱洗潔劑起泡力等因素,我們絞盡腦汁嘗試,成功運用自創「核殼結構」、「全冰球」、「鍋蓋法」製程,也就是先用水結成冰球並燒熔出—中空洞後形成“冰殼”,再灌入洗劑做“核”,此核殼冰球再冰回球形冰晶時外裹乳酸鈣,再置入海藻酸鈉溶液,並運用二次膠化技巧再次與乳酸鈣溶液反應,製作包覆清潔劑的水球,使其在兼具環保、美觀、實用的角度下,呈現薄膜、擁有洗潔力並減少罐裝塑料的洗潔晶球。

揭開自製鋁空氣電池讓風扇連續轉動十個小時的秘密--電池效能提升之研究

鋁空氣電池是過去科展研究過的題目,但利用備長炭製作的電池是否能重複使用,能讓風扇馬達運轉時間可以多久,以及如何增加鋁空氣電池的放電效能等問題,在過去的報告中並未深入研究,故引發我們研究的動機。在一系列的實驗下,我們歸納出五點發現:一、導電性好的備長炭,所製作的鋁空氣電池效能會較好。二、備長炭製作的鋁空氣電池,備長炭可以重複使用。三、備長炭濕度稍高,鋁空氣電池讓風扇馬達運轉的時間較長。四、鋁空氣電池的運轉需要氧氣,增加氧氣濃度可以提高電池效能。五、透過補充食鹽水改良的設計,會提高影響鋁空氣電池的效能讓馬達風散連續運轉超過十小時,電量相當於兩顆三號碳鋅電池,此結果希望對發展環保電池有貢獻。

晶球世紀

本實驗以天然海藻酸做為生物吸附劑,並成功添加黃血鹽、赤血鹽作為重金屬檢測劑,實驗結果證明以黃血鹽和赤血鹽製成晶球,目視可檢測最低濃度,兩者晶球與硫酸銅、氯化鐵為1 ppm,硫酸鎳、醋酸鈷為100 ppm。以分光光度計檢測四種以海藻酸鈣晶球吸附重金屬吸附能力大小比較結果:銅離子>鈷離子≒鐵離子>鎳離子。本實驗以期在工業或日常應用上能有更廣的使用,以臺灣四周環海天然海藻取之不盡,製成顆粒檢測晶球以color sensor連線,供廢水排放處理即時處理,避免異常擴大。

「氮」然處之

本研究主要探討「霾害」中的NO2氣體的各種特性,藉由自行組裝的簡易裝置進行含量的檢測,提早預警,減少傷害。實驗中NO2可利用Cu片及HNO3製備,且NO2溶於水後再次形成HNO3及NO,接著利用簡易裝置探討NO2的製備及其動力學參數的測定,再以化學冷光試劑魯米諾偵測NO2氣體濃度。最後,以自製簡易偵測NO2儀器,找出最佳偵測NO2氣體濃度的最佳條件,並設計儀器方便攜帶檢測。