化學科

本研究根基於氧化石墨烯的物理和化學性質，發展出能隨蔗糖濃度改變的氧化石墨烯濾紙電阻。在以漢默方法（Hummer’s Method）製作出氧化石墨烯後，將氧化石墨烯懸浮液滴加於濾紙上，加熱使水分揮發，做成氧化石墨烯濾紙電阻。其電阻表現遵守電阻定律，電阻與濾紙長度有著正線性關係，且其電阻率會因所在環境不同而改變。以濕潤法測量電阻，當蔗糖濃度上升時，電阻率也隨之增加；反之，以蒸乾法測量電阻，電阻率卻會隨著蔗糖濃度上升而下降。在固態電阻中，氧化石墨烯有可能因為與蔗糖分子間的氫鍵作用而彼此靠近，使電子更容易在石墨烯分子間移動。此特性使氧化石墨烯濾紙成為一個可任意塑形、又可敏感於環境變化的偵測器。

 抗藥性細菌的感染是日漸普遍的問題，常造成臨床上治療的困難。一氧化氮帶有不配對的電子，為具有高氧化活性的分子。本實驗希望直接藉由一氧化氮的氧化力殺死細菌，克服細菌抗藥性問題。人體組織受到細菌感染後，發炎組織環境呈現弱酸性。藉由此項特性，我們設計一能區分發炎與健康組織的酸鹼反應中空微球系統，以有效治療抗藥性細菌感染的問題。我們利用微流道系統製備以PLGA為球殼的中空微球結構；中空微球內部裝載DETA NONOate。經實驗發現，此一載體系統處於發炎酸性環境下，DETA NONOate會與氫離子反應產生一氧化氮撐破球殼並釋出，有效殺死抗藥性細菌；而在健康中性環境下，一氧化氮無法有效釋出，因此可以減低一氧化氮對健康組織的傷害及克服抗藥性問題。

研究電解水的過程中，裡面因電離子產生電化學反應，為了作更進一步探討電解時的變化情形，我們必須設計比目前更精密的測量儀器利用細管體積的變化設計出「氣體體積測微器」，其測量將準度可達10-3ml，實驗中我們發現水遇電極產生酸鹼變化，又更進一步的探討其電離子移動的情形，設計酸鹼電解器，探討電解水正、負極的酸鹼變化。發現正、負極可改變測試管中水的PH 值，為了解電解離子運動反應，我們設計離子運動測試器及多種離子導入的方法，實驗中發現因電解實驗離子分解，跑至中間物體，希望離子滲透的原理，能應用於醫學上，電解的物質如果是離子性藥品，是否直接亦可利用此原理將治療藥劑送至需要治療的位置。

我們從變色眼睛裡得到了靈感，想把變色的機制衍生運用，希望可以製作出一個變色薄膜，就可以輕鬆把它應用在我們教室的窗戶上，就可以擁有遮陽物品。我們大致分為兩部分討論，一是固體壓片，二是軟式變色薄膜。從固體壓片實驗，得到壓片製作方式變黑和退色的速度都太慢。軟式變色薄膜的製作方式，藥品為硝酸銀和氯化銅的乙醇溶液在保麗龍膠內混合均勻，形成軟式變色薄膜。而且在我們實驗過程中，得到最適合的Ag+和Cu2+ 莫耳數比是10：1，利用這比例做出來的薄膜，變色的速度最快，而且可以重複使用，退色後，再照陽光會再變黑。我們改用氯化鈣代替氯化銅時，反而退色的效果變好。我們最後覺得氯化銀顆粒的大小是決定退色效果的主要因素。

我們嘗試利用生活中常得看到的食品或添加物來與膠水混合進行交聯作用，加入磁鐵粉後製成化學磁性黏土，並且不斷改良自製檢測儀器物性測量，綜合實驗結果得到以下結論： 1、我們將儀器利用馬達自動化，並自製儀器能有效的測量物性。 2、我們發現以玉米澱粉複合交聯的化學黏土，在低濃度硼砂下，具極高度延展性，並能降低黏性，其電阻低，方便用於導電的線路上。 3、我們發現以甲基纖維素複合交聯的化學黏土，在極低硼砂濃度下，具有展性及黏性，可做成除塵黏土；而在一般濃度下，可製成具高彈性及高延性的化學黏土，使用性更廣。 4、我們以自製磁鐵粉，加入化學黏土中，結果不影響其的交聯性，能製作物品應用於生活當中。

本實驗為八年級課程：熱與溫度、氧化與還原的推廣。市售拋棄式暖暖包的主要放熱反應式為：4Fe＋3O2 → 2Fe2O3。實驗方法：利用塑膠夾鍊袋，放入反應物及保水材料後，置入熱電偶溫度計，接著搓揉夾鏈袋並觀察溫度變化。藉由改變反應物（鋅粉）與氧產生氧化還原反應，並搭配課程所學到的控制變因法，分別探究不同反應物間、不同的保水材料(食鹽、沸石、活性碳、氯化鈣)，對最高溫度之影響，再挑出最適合拿來實際應用的暖暖包。

本次實驗結合了高中的氧化還原及反應速率兩個章節，選擇在不同濃度以分光光度計測量較準確的吸光度，並且以過錳酸鉀滴定葡萄糖，求葡萄糖氧化過程中的準確級數。在實驗過程中，我們分別以濃度、溫度、催化劑為操縱變因，探討其對葡萄糖氧化還原速率的影響。 我們利用不同濃度下所測得的實驗數據來求出準確的反應速率定律式；並求出了在不同溫度下的反應速率常數。而本次實驗著重於溫度及催化劑的部分，我們選用了兩種不同的催化劑，分別為氯金酸及二氧化鈦，由於氯金酸的價格較昂貴，因此我們希望能找出氯金酸加二氧化鈦之間的最佳比例以節省金錢達到最佳的催化效果。由於本次的實驗，使我們對葡萄糖氧化還原之化學動力學有更深入的了解。

本實驗主要探討甲殼素與金屬離子的作用，經過初篩後，選用Cu2+為實驗的主要金屬離子，探討在不同變因下甲殼素吸附Cu2+的能力，改變的變因為CuSO4(aq)濃度、甲殼素的克數以及環境的pH值。 接著探討甲殼素與Fe3+的作用時，發現不溶於水的甲殼素很特別地會溶在Fe3+溶液，因此深入探討Fe3+濃度對甲殼素溶解的影響以及溶解的原因。推測甲殼素應與Fe3+有錯合現象，而甲殼素與Fe3+錯合的結構應與Cu2+不同。 結合以上兩部分，比較甲殼素與Cu2+、Fe3+的結合作用。發現吸附Cu2+達飽和的甲殼素，置入FeCl3(aq)中，有部分溶解的現象。 最後參考文獻（林等人，2012）製作甲殼素膜，實驗發現甲殼素膜對Cu2+有吸附及通透的現象。改變製程，在甲殼素膜中摻雜鐵鹽，發現會增加甲殼素膜對水的溶解度。

每年一到春夏雨季時，校園內的各種花朵，如七里香等，經常散發出陣陣的清香，令人感到心曠神怡。可是開花季節一過花香也就消失了。因為我對七里香的味道有所偏好，就想是否能將七里香提煉製成香水，把香味保存下來，便和幾位同學去請教老師，開始了一連串的實驗及研究。

對於第 22 屆全國科展化學科得獎作品『利用溶液導電性觀察溫度對反應速率的影響』，在歷經廿年來電腦科技的日新月異，我們認為在技術上應還有相當的改善空間。所以我們希望能利用電腦錄音程式準確記錄化學反應過程中離子的變化情形，並且希望能找出反應結束的時間點。於是我們利用硫代硫酸鈉與鹽酸的反應改變其溫度與濃度，再將儀器接上並錄音記錄。但是我們發現所錄到的圖形雜訊過多，並且不符合我們的推論：電流越大，振幅會越大。我們推測雜訊過多的原因有：加入溶液時濃度的變化造成雜訊、電腦電阻過大及儀器架設的線路老舊使電流不穩定。於是我們將儀器焊接起來，並運用蜂鳴器的音量變化呈現化學反應過程的電流變化，再利用精密麥克風及電腦錄音程式測量及記錄蜂鳴器聲音變化的圖形。終於發現可以將整個化學反應過程記錄下來，並且能夠在圖形中明確的顯示反應的開始點及結束點。也就是對於離子數目及種類會改變的化學反應，我們已經能利用簡易的電腦設備及靈敏的錄音程式，觀測整個化學反應過程離子的變化，進而精準運算出化學反應速率。這不但改善了目測法的誤差過大，也不必藉助光電比色計法的昂貴儀器耗費。更可貴的是在本實驗中我們的電腦能錄到 0.006mA 的電流變化。在缺乏設備及經費的國中、小，是一項有利於學校對化學科教學及研究發展的新發現。