全國中小學科展

第三名

愛粒沙砂—臺灣海灘大探秘

本次科展主題為探究屏東與臺灣其他地區海灘樣本的差異。我們選擇了具代表性的屏東地區海灘作為主要採樣點,利用數位顯微鏡比對外觀特徵,電腦影像軟體分析色調,透過篩網分析海灘樣本顆粒大小比例,並檢測其酸鹼性、硬度和KH等性質。 結果顯示,屏東和小琉球海灘主要由珊瑚、貝殼和少量有孔蟲殼體等生物碎屑組成,呈白黃色調;而臺灣其他地區的海灘沙粒主要由岩石碎屑組成,呈灰黑色。單位體積海灘樣本的重量測量結果並無明顯差異,水溶液的酸鹼值大多呈弱鹼性,TDS數值顯示不同區域的海水組成和溶解物有所差異,但屬於珊瑚砂海灘樣本的KH值平均超過10。這些差異是臺灣地理位置、河流侵蝕搬運堆積和沿海海流等因素共同作用的結果。

「三寶」的重生~寶特瓶變身3D列印線材之研究

本研究探討了使用回收塑膠寶特瓶製作PET線材的可行性。我們設計了數個不同功能的模組並使用TINKERCAD 3D建模軟體進行了優化,使過程更為穩定和高效,同時也考慮了減少廢棄物的製造量,以達到節約成本、保護環境的目的。 研究發現,為了得到品質更佳的成品線材,需要在生產過程中控制PET條寬度均勻性、拉線速度、加熱頭溫度、加熱塊支架變形和加熱塊溫度浮動等因素,以確保成品線材的品質。此外,本研究也嘗試將所有模組整合在一個平台之上,探討製作出一台具有全功能機器的可行性。 最終,本研究成功實現將使用過的寶特瓶變成PET線捲的目標。未來,我們將繼續優化該機器的設計,增加自動化程度,並探索更加環保的製作方法,以達到更加可持續的生產方式。

激增殺手T細胞的水膠細胞平台於免疫療法的應用

本研究研發新型水膠細胞優化技術,將天然抗原呈現細胞做成平台,成功提供MHC-I、共刺激配體及細胞因子刺激三大要素,能激增殺手T細胞。實驗中優化的水膠細胞能完整保留細胞膜的表面特性,經實驗證實無生物安全性的疑慮。另外本實驗也著重於探討aAPCs基質的軟硬度對T細胞增生程度的影響。我們利用水膠細胞易改變細胞基質軟硬度且不影響生物相容性的優點,針對T細胞增生程度進行比較。結果顯示高細胞基質硬度(120kPa)的aAPCs擁有高程度的T細胞激活潛力,相對於低細胞基質硬度(25kPa)的對照組可以提高約51.2%,並達到顯著差異,推測其和收縮性及突出性絲狀肌動蛋白增加以致訊號增強有關。本實驗的新型水膠細胞優化技術提供臨床醫學免疫療法一個高潛力的新技術平台。

聲聲不熄--熱聲效應之探討

本實驗以試管、鋼絲絨、酒精燈為主體,將鋼絲絨放入試管做為發聲裝置,並以酒精燈加熱試管,使鋼絲絨兩端產生溫差,而後產生音波,利用音訊分析軟體進行錄音、分析,搭配溫度感測器記錄、分析溫度,藉以探討 此裝置發聲的成因以及相關參數對其聲音的影響。 本研究分析了裝置發聲之過程,並製作五種變因,分別為鋼絲絨密度、試管口徑、試管長度、鋼絲絨位置以及 試管與火焰距離,並統整出四點通則1.溫差與分貝有直接關聯2.發聲與熱穿透深度、堆棧位置和空氣黏性有關 3.綜合熱穿透深度以及空氣黏性,發聲效果較佳者,會有上升速率快下降速率慢的特性4.堆棧所在位置之空氣塊移動及壓縮性,影響其音量、發聲時間與上升下降速率。

雙圓記 —探究共邊三角形的外接圓

這是一個歷時兩年半鑽研兩共邊三角形外接圓各種有趣關係的探究之旅,透過GeoGebra的輔助,經由(1)觀察圖形及數據形成猜想(2)幾何論證猜想為真的探究歷程。 我們首先探討兩共邊三角形外接圓的圓心位置、半徑、半徑和及連心線的關係,發現並證明出等腰三角形中圓心位置具特殊性、兩外接圓半徑和R1+R2與連心線─O1O2的長度都跟動點D的x坐標呈現函數關係且圖形為雙曲線的一支;據此討論出兩外接圓面積和與原三角形外接圓面積關係,同時發現∆AO1O2~∆ABC且AO1OO2四點共圓。在研究連心線時也發現,當動點D移動時,─O1O2的中點形成一條直線;每條連心線皆與以頂點A為焦點,(BC) ⃡為準線的拋物線相切。最後得出若任意∆ABC的頂點A到─BC的距離相等,連心線─O1O2所包絡出的拋物線皆全等。

Smart Umbrella Sharing System

我們居住在被稱作雨都的基隆,2019年平均將近有200天都在下雨。工廠、汽機車所排放的廢氣、二氧化碳會造成空氣汙染。而空氣中的懸浮微粒影響雨水,就變成現在俗稱的「酸雨」,酸雨對人類來說,可能會引起過敏、甚至頭皮發癢。 因此我們發想了一種雨傘租借的方案,來解決急需雨傘的狀況。 本作品能達到: (一)、使學生證可以進行租借認證及狀態顯示。 (二)、借用與歸還雨傘功能傳回伺服器,紀錄歸還與借用狀況。 (三)、架設AP及PHP來達到甲地借用,乙地歸還的功能。 (四)、RFID扣款系統,達到租借扣款的功能。 (五)、運用MCS雲端監控系統,了解目前溫溼度以及下雨狀況。 (六)、製作APP查詢學校目前溫溼度、下雨狀況以及租借雨傘情形。

被動式可調螺距風力渦輪葉片功率分析

本研究實驗有兩項重點,第一項利用可變電阻改變通過發電機的電流,利用其斥力調控發電機與渦輪葉片轉速,以達到最佳功率輸出。 第二項重點為開發創新被動式可變螺距葉片。此可變螺距裝置無需使用伺服機控制螺距,完全使用空氣動力被動調控葉片螺距角,當剛啟動時螺距角設定在45度,使得低風速下仍極易開始旋轉葉片,在高轉速下此被動式迅速調降螺距的葉片,其螺距角幾乎與旋轉面夾零度。經實驗證實,被動式可調螺距的葉片功率至少為15度固定螺距的135%,特別是在低風速下仍可以輕易啟動,其功率更是固定螺距的180%,除了能達到極好發電功率。針對風速弱或者風速不穩定的環境下,被動式可變螺距是極佳選擇,特別是中小型的風力發電機。

「鹽」上雙擴散–雙擴散對流及鹽手指現象

在雙擴散的研究範圍,都只看到物理理論的研究,卻少有研究利用實驗來驗證。因此,我們以過錳酸鉀(KMnO₄)當成可追蹤的染劑,將它水平或垂直緩慢倒入一個上、下層有不同梯度的水域中時,首先發現了鹽手指的產生,此現象為雙擴散對流的一種,再來確定了只有一梯度差時不會有鹽手指後,聚焦在不同(溫度、濃度)梯度差時,對鹽手指的圖形、擴散速率以及擴散分層深度的影響。接著我們深入探討海洋學中的溫鹽環流,以水泥製作海底地形,來模擬直布羅陀海峽的雙擴散對流,探討高溫、高濃度的地中海海水,流入較低溫、低濃度的大西洋海水時的擴散速率以及擴散圖形並模擬冷流與暖流的雙擴散現象,希望對「雙擴散現象」有更深的了解。

我是「捉油」大師—回收聚乳酸廢料應用於油水分離技術

本研究主要是解決家庭廚房水槽的油汙水問題,回收因脆化無法再使用的聚乳酸3D列印線材,透過家裡手邊現有的工具和材料,用烤箱及熱壓鬆餅機把小蘇打粉加熱產生二氧化碳,有效形成內部具有泡孔的聚乳酸多孔材料,以及為了提升吸油率及重複吸油,自製棉花糖機噴絲製成聚乳酸纖維,研究結果發現聚乳酸纖維吸油率比市售產品更好,再透過蔬菜瀝水器甩油,甚至可以重複吸油至少五次。最後本研究把聚乳酸纖維放入行李真空壓縮袋抽取空氣加壓,並用吹風機熱風塑型,成功做出瀝水杯形狀的聚乳酸瀝水杯吸附家庭油汙水的油脂。聚乳酸廢材回收再利用作成吸油材,還可重複使用,比一次性使用的市售產品更環保,相信未來能有更廣泛的應用,達到永續發展的目標。

氣•塑 -- 氣泡牆對塑膠微粒攔截機制的探究

人類文明高速發展下,對石化產品的依賴導致塑膠垃圾激增。若垃圾未能有效回收處理,而在自然環境中降解、產生的大小不一的塑膠微粒,將提高回收難度,對自然環境各層面也造成巨量的傷害。為了解決這個問題,我們參考荷蘭的河道氣泡牆設計,建立一循環水箱並搭配出氣管,藉由調整出氣管參數以產生不同性質的氣泡牆,以探討對微小保麗龍球(<5mm)的攔截效果與微觀機制。由本研究發現,氣泡牆愈緻密能攔截到的微粒粒徑愈小,且整體攔截率落於65%至100%間。最後,我們比較氣泡牆攔截設計與淨水廠的汙水處理流程,此系統能減少過濾材料耗損與水頭損失,且可由動態調整氣泡牆性質來調控攔截微粒的粒徑範圍,使後續之淨水流程得以更精密化。