全國中小學科展

第三名

從水資源再利用到農業應用——植物源生物刺激素助攻抗鹽逆境

為因應氣候變遷造成的淡水資源短缺問題,本研究以可吸收廢水中營養與重金屬的小球藻,探討水資源再利用的可行性。實驗發現小球藻在6%畜牧廢水中為最佳生長濃度,且添加黃耆作為植物源生物刺激素,顯著提升小球藻葉綠素含量與耐鹽性。在海水環境下,小球藻經黃耆處理後,其細胞數與葉綠素含量分別為對照組的175%與173%。此外,利用培養過小球藻的廢水灌溉青江菜,種植第4天時,根長與莖長分別為對照組的129%與146%,且減少青江菜根部細胞受損。推測黃耆與小球藻皆可透過分泌次級代謝物,作為生物刺激素,促進植物生長與鹽逆境耐受力。期望本研究可解決農業汙染與淡水資源不足等問題,並拓展小球藻的利用價值。

新型態風能共振發電機組開發與設計

我們在生活中有許多共振現象,如:盪鞦韆越盪越高、樓梯旁的欄杆因為風而晃動得越來越快,發出震動的聲響,基於能源轉換,進而開發一款風能共振發電機組。研究分三大部分,首先研究發電機與馬達的科學原理與構造,其二以工程設計軟體RHINO進行3D建模,並導入流體力學的渦漩觀察,能在風場中提升發電效率;其三探究機械結構與風能共振的影響因子,阻風筒、支柱高度、擺盪時的支點比例,達系統效能最佳化。綜上所述,本研究為設計一款提升單位面積發電產能之風力發電機組,透過專題式方法將國中及高中的科學知識進行垂直整合,從而實現創新的綠能科技產品,兼具工程設計及設計藝術學養,具有培育發展綠色能源基礎人才。

反泡泡的變形之舞:拉格朗日分析看見動力系統

入射界面活性劑滴第一次觸碰水面時可能直接入水,也可能不會穿透,形成水珠,但在高度較高而使其產生液柱之後再次掉落時,某些情況會產生反泡泡,本實驗將探討其發生條件。並且研究反泡泡在水中的運動情形。首先,我們設計並建立了一套穩定產生反泡泡的裝置,以確保其生成的可控性與重現性。其次,我們透過調整內部液體的密度,探討內部液體密度對反泡泡運動情形的影響。另外我們利用生成大量反泡泡使他們發生碰撞並探討其運動方程式。

“番”天覆地~難逃“塑”命?塑膠微粒暴露對番茄生長的影響

塑膠微粒(microplastics,MPs)是泛用塑膠製品而衍生的問題之一,且塑膠微粒會透過食物鏈的傳遞而導致人類的健康風險,作為食物鏈起點的生產者,是探討塑膠微粒健康風險的著眼點。基於聚苯乙烯(polystyrene, PS)類塑膠日益擴增的需求,加上小番茄為家鄉重要作物,以及想要窺探塑膠微粒在根部分布的情況,因此,我們利用水耕種植來探討PS塑膠微粒對小番茄的影響。研究結果顯示PS奈米塑膠微粒(nanoplastics,NPs)的暴露會對小番茄產生影響,包含降低其根部含水量、使其更容易遭受蟲害、植株葉片提早黃化枯萎、減少其根系中促植物生長細菌-木糖氧化無色桿菌(Achromobacter xylosoxidans)菌數,以及大量NPs累積於根部表面而影響小番茄對水分的利用等。不過NPs的暴露在植株乾鮮重、莖長度、開花與果實等生長參數並無顯著影響。

順勢而生

現有的排風設備往往受環境風向影響,導致進風量受阻,進而引發通風不足的問題。在進氣效率低落的環境中,無論是工作安全、設備運行,甚至日常生活,都可能面臨潛在風險。本創作的核心特色在於風扇能根據外部風向靈活調整運行方向,使排風設備即使在外界風場干擾下,仍能維持穩定且高效的通風率,從而有效改善傳統排風設備的局限性,提升整體換氣效能與環境安全。

殊途同歸─不可思議的七線共點

本研究探討三角形中線段共點的幾何性質,特別是與奈格爾點相關的七線共點現象,這七條直線包括三條特定的作圖線、三條周長平分線、以及內心與重心的連線。研究動機源於對奈格爾點定義及其作圖方法的探究。研究過程中,我們透過Dussau作圖法、三角形性質及解析幾何等方法,從已知條件推導出相關的幾何性質,並進行了驗證。研究發現這三條作圖線分別與三內角平分線平行,可視為內心在位似變換下的映射。本研究亦探討此類作圖法是否可遷移應用至其他三角形特殊點(如內心、重心)。這些發現證明了即使直線的構成方式看似複雜或「殊途」,最終也能「同歸」於同一個點,展現了幾何的奧妙。

草中共生,卵中暗潮—大花咸豐草果實共生昆蟲的首次紀錄

除了常見的長鞘寬頭實蠅外,本研究首次記錄釉小蜂科也會產卵於瘦果並利用之。蜂離開瘦果時遺留位於瘦果中段切口整齊的圓形孔洞,蠅則留下偏向瘦果兩端的長條撕裂狀孔洞。蠅、蜂常同時出現在同一果序,未見明顯競爭排除,但在不同月份出現比例有所變化,時間性生態區位分化仍待釐清。模擬動物傳播發現,被帶走的瘦果產卵率較低,再結合產卵位置的觀察,顯示果序中中央瘦果利於幼蟲發育但不易傳播,邊緣瘦果反之。大花咸豐草可能藉由瘦果異型性在繁殖與傳播間取得權衡,整體瘦果的感染率6.3%,展現其高繁殖策略下的傳播適應性。

潔淨從錠開始-清潔錠之探究

生活中小蘇打與檸檬酸都是很棒的清潔利器 , 各種發泡錠更是利用酸鹼中和的特性所製造出的物品,許多人用此性質自製屬於自己的各式發泡錠。我們從二氧化碳產生量、溶解、硬度、清潔、防黴的角度思考。經研究發現,五種比例清潔錠中小蘇打和檸檬酸的配製比例,以2:1製作最好,它在清潔、防黴都有較好效果。想要增加硬度,可以添加玉米粉。想要強化防黴效果,可以再添加薑黃。想省錢,可以用鹽代替薑黃製作清潔錠。

自製高效能蝦殼電池-新型太陽能電池的探究

研究以生物材料製成電極和太陽能電池的製作方法。以自製四點探針器測自製膜的電阻,得最佳電極條件:溶液pH4.7,-18°C、24hr前處理後噴TPP,在氯化鈉0.1M下反應,電阻率最低6.76Ω·m,機械強度1244.19g,結構穩定且可提升I−的轉換效率。以鋁網-幾丁聚醣氧化石墨烯膜為負極、銅箔-幾丁聚醣氧化石墨烯膜為正極,能使電子移動方向穩定,提升電流,且可彎曲增加應用性;使用花青素/葉綠素天然染料及0.5 M碘酸鉀/碘化鉀電解液,最後製成的電池電功率最高19.58mW,可取代ITO玻璃且串聯3顆可讓Led亮,以500W/cm2 強光照射電池組7天,電功率仍有31.21mW,具高抗衰減能力,未來可推廣至生活及教具使用。

前瞻奈米片場效電晶體設計之最佳化

在科技進步的年代,電晶體成為組成高效能晶片不可或缺的元件,其發展影響著電子產品的效能與功耗。隨著製程技術節點縮小至2nm以下,傳統鰭式場效電晶體 (FinFET)架構逐漸面臨短通道效應與漏電流增加等挑戰,而環繞式閘極場效電晶體(GAAFET)技術則因其優異的電流控制能力與低功耗特性,成為新一代電晶體的主流。本研究探討在固定有效寬度與垂直間距的條件下,不同奈米片堆疊數量對電晶體電性的影響,透過科技電腦輔助設計(TCAD)軟體模擬分析次臨界擺幅(SS)與臨界電壓(Vt)等參數,對下世代環繞式閘極奈米片場效應電晶體(NSFET)進行最佳化研究,提供未來半導體技術發展之設計方針。