全國中小學科展

佳作

甲基磺酸銅的合成與先進封裝的電鍍應用

甲基磺酸銅比硫酸銅的溶解度更高,適合用於高速銅電鍍,並應用於3D IC的TSV和先進封裝的TIV銅電鍍。先進封裝除了TIV製程外,若想要同時電鍍不同尺寸的銅柱凸塊,並維持均勻性則是另一個挑戰。本研究改良甲基磺酸銅合成方法,並將其再結晶,得到高純度的甲基磺酸銅晶體。以合成的甲基磺酸銅為原料,配製成電鍍液,並探討不同直徑的銅柱凸塊沉積,達到高度差小於 2% 的均勻銅柱凸塊。

「沙」氣騰騰-卑南溪風吹沙探究

本研究最主要是在探討卑南溪有效防治風沙的方法,因此經過實地的觀察後顯示,目前相關單位防治風沙的方法,共六種,但是當風沙揚起時,市區還是有風沙。因此,我們針對有效風沙防治進行實驗設計後發現:沙土含水量、風速、沙土的組成是主要揚塵的條件。接著,風切角度大小對沙土搬運作用的影響與沙土粒徑大小有關;我們也發現風對搬運量的多寡與沙土粒徑大小有關。最後,我們設計四種防治方法發現,防治方法以改變風切角度最佳,但是效果會受到導流板切口大小、導流板葉面角度及導流板擺放角度影響,而且導流板與沙土擺放的距離會影響風對沙土的搬運作用,在有效的風沙防治上,只要調整導流板與沙土擺放的距離,能有效減少揚塵,達到防治的效果。

從莫比烏斯環探討k股n葉結

莫比烏斯環是一種只有一個面和一條邊的曲面,可透過紙條自轉半圈製作出來,本研究的出發點為探討紙環在不同的旋轉圈數下,紙條邊緣的結構,並將其延伸到葉結。因紙條會限制自轉的圈數,因此我們利用水管模擬紙條的邊緣,得出自轉圈數×股數=葉數,又因水管有固定長度,導致在不同的股數與自轉圈數下,圖形不一致,因此我們推廣至討論繩子在圓上等分點的繞法,將經過的等分點記錄成迴圈數列,並改寫成同餘數列以利探討同餘之等價關係。本研究旨在證明可以形成k股n葉結時,k與n必須互質,反之亦成立,又對於所有大於等於3的整數n,必有n-1股n葉結,故n葉結一定存在。最後進一步探討葉結立體結構的幾何性質以及在三維空間中的參數式。

『題西林壁』新解-應用鐵磁流體作為磁力線觀測器之研究

本研究主要是利用鐵磁流體作為顯現磁力線的工具,希望能對各種磁力特性深入瞭解。研究發現:鐵磁流體感應磁力產生錐狀凸起之特性較鐵粉更易量化分析磁力變化現象。若是磁力線方向和鐵磁流體表面垂直時會看到產生錐狀凸起現象;磁力越強,則錐狀凸起現象會越密、越短。若是磁力線方向和鐵磁流體表面平行時,則看不出錐狀凸起,但可以從鐵磁流體分布範圍推測,越集中但厚度不高則代表磁力越強。研究中也發現磁鐵加鐵片時,磁力線最密集的位置移到磁鐵和鐵片接縫處,此處磁力明顯增強。而通電線圈中間插入鐵棒形成電磁鐵,鐵棒端點磁吸力增強的原理和磁鐵加鐵片後磁力增強的原理相似。鐵磁流體錐狀凸起在距離磁鐵越近時會越短越細,排列也越密集。

磁旋追能

為了能夠有效利用到各角度的風,我們自製了一台直立反轉式磁浮風車,本研究一開始探討著葉片寬高比對轉速的影響,並進一步了解扇葉方向、受風面及彎曲程度對轉速造成的影響。另外,我們,改良風車扇葉重疊程度,製造不同的風罩形狀,改良在固定風力下的有效轉速。我們最後改變磁鐵磁力,並探討找出轉速最佳的風車並發電,觀察其磁通量的變化,並找出發電效率最佳的風車。

以不定方程探討正三角形衍生圖形之無縫密鋪關係

本研究探討正三角形衍生圖形與拼板個數的關係。 一、以A和B拼板無縫密鋪由 塊邊長 正三角形組成水平衍生圖形,發現 (一) a是奇數 條件:至少需t個B拼板 最大拼板數:A拼板(at^2-3t)/2個和B拼板t個(2▲1▼) 範圍:A拼板(at^2-3t)/2-3k個和B拼板t+k個(2▲1▼)、k個(1▲2▼) (二) a是偶數 條件:需要偶數個B拼板且兩類型個數相等 最大拼板數:A拼板(at^2)/2個 範圍:A拼板a/2 t^2-3k個和B拼板兩類型各k個 (三) 解的存在性 除a=1_ ,t=1與a=1_ ,t=2外,其餘必有解存在。 二、增加拼板種類 無縫密鋪邊長 正三角形衍生圖形,需 拼板m,n,p,q個, 則2m+3n+4p=at^2或2m+3n+8q=at^2 解的判斷法則 步驟1:找最大拼板的個數範圍 步驟2:根據最大拼板個數切割圖形,將剩餘區域切成可無縫密鋪圖形,最後剩餘不為 或 ,則可無縫密鋪 步驟3:利用n的奇偶性,計算A、B拼板。

盡出『洋』相-洋菜薄膜之探討

透過實作找出洋菜薄膜最佳的配方與脫水方式並進行拉力、耐彎折、耐衝擊、耐酸、透氣、溶解、燃燒、土壤分解與餵魚實驗,最後利用其可食用且易分解的特性設計產品。由實驗得知,水和洋菜粉在適當的比例下,分別添加甘油、可食用甘油或蔬菜甘油混合加熱的洋菜凝膠,都能利用冷凍脫水,均勻且快速的乾燥成薄膜。拉力、耐酸、耐衝擊和耐溶解實驗,無添加甘油的洋菜薄膜效果最佳;耐折實驗,添加蔬菜甘油 4g的洋菜薄膜效果最好;此外,各式洋菜薄膜都能在14天內被土壤分解。我們根據以上實驗結果,將洋菜薄膜製成提網、藥包、洗衣精包裝袋等產品應用在生活中,希望能取代一次性的塑膠製品,減輕地球的負擔。

「風」功偉「葉」

以往進行風力相關實驗時都是利用手工製作各種葉扇材料,其成品會因人為因素多有差異,不耐用且無法做到商品化的程度。本研究利用Inventor3D繪圖軟體進行繪製各種形式的葉扇以及板擦吸塵器的各層構造,找出最佳配置製作出一台客製化且符合人體工學的3D列印板擦吸塵器,以測量吸取保麗龍球的數量來作為判斷吸力大小的依據,並且自行設計Webduino空氣盒子檢測程式進行擦拭黑板後的PM2.5數值變化為量化標準,來評估效能。吸塵器的原理是利用馬達高速運轉,在內部產生負壓,將灰塵吸入集塵袋。實驗結果發現,葉扇攻角、數量、葉扇形式、進氣口型態,…等,都會影響板擦吸塵器吸力的大小以及穩定度。本次我們發展出效率高且商品化的板擦吸塵器來解決教室內粉塵汙染的情形。

智慧晒衣架

本研究在探討現代忙碌的生活中,衣物的晒洗佔據家庭生活許多時間以及工作負擔,尤其是在春、夏季梅雨季節期間,衣服晒不乾真是一件折騰人的事。 透過文獻資料、網路的資料搜尋,了解晒衣架的種類,並設計問卷了解大眾的需求以及改善家裡常發生的晒衣困擾問題。 作品經多次改善,具備以下功能: 1. 具備自動升降,可依照使用者高度調整晒衣桿,解決家庭內傷第一名~晒衣服時要把手舉高酸痛的困擾。 2.可透過雨滴感應器,自動打開遮雨棚,防止衣服被雨水潑濕,解決天候不定的困擾。 3.可啟動殺菌與風扇,解決衣服晒不乾的困擾。 4.可啟動光感應元件及蜂鳴器,解決晾晒在戶外衣服被偷問題。 讓智慧晒衣架滿足全家人的需求,來營造家庭好關係,讓生活更Easy!

歐姆的「液」想世界~液態可變電阻物理特性之探討

半導體物理的發展已漸趨成熟,本研究討論液體擾動與電阻之關係,進一步利用液態可變電阻作為電路中的訊號表徵,期望能應用於半導體產業中。 本實驗將液態電阻內溶液以靜止與給定固定速率(v)分別測試,發現溶液的擾動與電阻值成正相關,並用不同濃度的電解溶液測量不同自由載子濃度的液態可變電阻之電阻值與導電體擾動之關係。接著對液態可變電阻的其他物理性質做測量,得知液態可變電阻為負溫度係數之導電體,且測得電極距離越長,電阻值越大。 結論得出,將傳統半導體模型變化應用在液態可變電阻上是可行的,且各項物理性質之趨勢與電阻幾何模型相符。使用液態可變電阻之擾動特性製作出穩定的01表徵訊號,近似於目前半導體物理使用的數位訊號概念。