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第一名

窯烤Fe砂-探討台灣東部海岸鐵砂煉鐵之可能性

本研究延續上屆台灣東部海岸鐵砂與磁鐵砂含量分析,於2022年9月至2023年4月進行,目的是希望透過親自動手操作以探討東部海岸鐵砂煉鐵之可能性。 經文獻探討得知,花蓮崇德有煉鐵遺址並參考十三行博物館之煉鐵方法,於是進行13次實驗,實驗於每週2小時之獨立研究課進行,受時間限制,採分階段實驗,初階實驗:熟悉煉鐵觀念及實驗操作,進階實驗:探討碳粉及鐵砂之較佳比例,高階實驗:實際模仿十三行博物館建窯煉鐵。 研究發現,台灣東部海岸鐵砂(含崇德海砂),經冶煉後,都可得有金屬光澤之鐵球及鐵渣,並對比地質圖,東部海岸以火成岩為主,崇德地區屬花岡片麻岩及綠色片岩區,都含鎂鐵等重礦物,可見東部海岸鐵砂煉鐵值得進一步調查分析。

香灰再利用─以廢棄香灰製成屋瓦及人行地磚改善酸雨問題之研究

廢棄香灰處理不易且對環境有危害,廢棄香灰經定性分析後含鹼性物質CaO,佔其成分中50%,因此以廢棄香灰研究製成香灰屋瓦及地磚,探討其能否與酸雨酸鹼中和之可行性,我們進行多次屋瓦逕流酸雨及浸泡酸雨實驗,且台灣地區的下雨型態多為豪雨沖刷屋瓦頻率高,在實驗中觀察到香灰試片與酸雨中和效率和內含香灰比例呈現正相關,結果顯示摻入20%香灰所製成的屋瓦的酸鹼中和能力最適合台灣環境使用,香灰製品相較於傳統屋瓦有製程價格低、高耐用性和酸鹼中和效率高等特性,可作為屋瓦材料或地磚的新發展。製作地磚部分因發現水泥會包覆香灰陶粒,因此採用孔洞較大的陶瓷摻雜香灰進行3D列印,可快速製作不同環境應用之地磚。

原始點解決了角度偏心之研究

車床實習課程中,「角度偏心」技能於教科書資料不多,網路查尋資訊亦少,而此難度高技能所製作產品是迴旋轉直線運動曲柄軸機構所應用。 原始點分析為一種創作情境思維模式,此模式起源於問題產生時之因果關係。專題理論發想源自夾持偏心軸系定位關係及幾何學中「圓」切線性質。此發想讓我們研擬出兩項車製角度偏心核心調校關鍵技術;一是夾頭夾持軸系與工件維度所在軸系定義;二是工件量測位置定義。 依二項技術需求,本組設計出一套輔助定位模組;且經由實驗證明此模組貢獻度是解決車床角度偏心調校問題及對曲柄軸達成簡易快速定位角度量測功能。效度上明顯已達突破性調校應用。對於車床加工人員,提供調校操作簡易方便且精度控制顯著性高的選擇。

陶瓷燒成新技術-以家用微波爐及自製集熱盒燒製高溫陶瓷之研究

本研究以家用微波爐及自製集熱盒燒製高溫陶瓷,用於家用微波爐的集熱盒材料的材質以玻璃纖維為主體為佳,集熱材料使用碳化矽顆粒級配為1:3(320目碳化矽: 180目碳化矽) 有最佳的微波吸熱效率並半浸泡的方式沾黏10層最好;集熱盒玻璃纖維與集熱材料碳化矽之間的高溫黏著劑,以體積比2:1(水:矽酸鈉)為佳的最佳配比。以家用微波爐搭配自製集熱盒可於26.5分鐘便可燒結陶瓷上釉作品,與傳統電窯需480分鐘比較可大幅減少94.48%的燒製時間,且其耗費的電費能源可省去89.44%的電費,以家用微波爐及自製集熱盒燒製之陶瓷品與傳統電窯燒製之陶瓷品在洛式硬度儀上測試結果無明顯差異,是未來極具發展性的陶瓷燒成技術。

神經胜肽Urocortin對微膠細胞抗發炎、吞噬的作用

本研究發現神經胜肽Urocortin能調控腦部的巨噬細胞——微膠細胞的發炎及吞噬作用,同時亦能降低發炎時產生的氧化壓力損傷。我們藉由紅血球與微膠細胞(BV-2 Cell Line)的離體實驗模擬腦溢血病患接受開顱手術後殘留於腦中的血塊與巨噬細胞在腦部的吞噬情形,並透過神經胜肽Urocortin的作用,促進其吞噬作用、調控發炎反應。首先以螢光標籤的方式確認微膠細胞的吞噬作用,再以測量其吞噬量值(Phagocytosis Index)、基因變化(RT-qPCR)分析,推論出當Urocortin濃度為10⁻⁹M,能有效的促進微膠細胞的吞噬作用、抗發炎功效。此研究結果有助於了解Urocortin加速清除腦血腫塊的作用,進而作為開發腦溢血新療法的參考依據。

小「兵」立大功-可攜式乒乓發射器應用於智慧訓練之研製

本研究利用電磁線圈作為動能,改善市售發球機馬達易過熱的缺點 ,所 製作的乒乓發射器具有 低成本、體積小、方便攜帶及智慧訓練等功能性,分成兩大部分: 一、機電系統:利用電流磁效應原理進行實踐,改變不同變因測試,找尋對應落點之最佳參數。另外利用手機 APP程式搭配Arduino撰寫,達成不同球路變化的無線控制。 二、智慧訓練:利用Arduino結合python程式建立專家系統,在訓練選手前,先進行前測,再依不同程度給予對應訓練等級,系統可依照受試者的進步而精進。 本實驗亦在半球桌的回擊落點處放置壓電片及LED燈條以接收撞擊訊號,過程中可即時顯示擊球落點位置、力道大小及計算成功率,並根據AI大數據矯正受試者錯誤姿勢,期望使受試者獲得更有效的訓練成效。

它罩得住我

本研究主要為進行安全帽改造,昔日我們常見關於汽車的盲區偵測、內輪差等先進技術皆建置於汽車上面,但實際在行車上造成災害發生的主角大部分為機車,我們閱讀相關文獻發現目前並無機車有相關技術,再者我們希望此技術可以讓騎乘機車、電動機車、電動腳踏車、腳踏車等對象皆可使用,因此我們於安全帽上裝設鏡頭及雷達感測器,透過鏡頭進行車輛物件識別,以識別車輛類型及輪距,進而以公式繪製內輪差曲線與進行盲區車輛偵測;透過雷達計算車側距離以判斷車輛是否會太靠近汽車或是落入汽車之內輪差範圍內,將以上偵測結果透過抬頭顯示方式直接投影在安全帽的面罩上,如此一來將可讓機車及腳踏車族在行車上更具安全性。

挖出學校遺構區底下的秘密

學校興建校舍,挖出兵道署的遺構,我們從挖出來的泥砂中看見許多貝類的遺骸。我們很好奇,到底這些洞穴裡除了遺構外,還藏著什麼秘密?所以在老師的指導下,採集坑洞裡的泥砂,觀察、實驗並認識泥砂的性質;再與附近學校地區的泥砂進行比較,發現可能屬於同一個時期的海相堆積。從遺構區發現的生物遺骸多屬於雙殼綱和現在河流出海口的生物遺骸很相似,因此推測學校以前和海岸邊的環境相似,屬於砂質基底的淺海環境。 最後透過測量學校附近道路的高低差,發現學校屬於東高西低的地形,從這些種種的證據中,我們想學校不只有深埋在地底下豐富的古蹟文化歷史,其實從探索泥砂、生物遺骸等海相沉積,更見證了台南四百多年來海岸線的演變。

兩組直線所構造的三角形外心軌跡性質

本研究源於 2022 年數學雜誌《Crux Mathematicorum》的一道四邊形動態幾何問題,我們先將此問題設定為三角形,利用綜合幾何方法給出了兩種構圖條件下的三角形外心軌跡皆為圓弧,並且發現兩種圓弧的變換關係,也給出豐富有趣的性質。值得一提的是,分別對三角形的三個頂點輪換進行第一種構圖得出三個圓弧,這些圓弧恰可組合成三角形的九點圓,這是有趣的發現!回到原始問題的四邊形,我們構造了兩個三角形,透過巧妙轉換頂角與直徑圓變換而給出外心軌跡所在圓弧的兩個定點而解決此問題。最後推廣至鄰邊連線時,我們用雙射對應觀點簡潔刻劃了軌跡圓弧。重要的是,本研究處理四邊形的手法與三角形的是一致的,意味著證明手法具有推廣性。

穿梭 2D 與 3D~數形合一解構嵌合立方體之研究

從研習問題出發,數學模型化使用積木方塊組成嵌合面,聚焦在每個嵌合面與面間「咬合」關係。先探討存在性,發現基本嵌合面受限於單位結構,僅正六面體滿足嵌合正多面體條件。接續,透過「數值」搭配「圖形」分析,找到「n×n×n嵌合立方體建構方法」,稜值奇偶性+8 個角量判別式寫入 EXCEL,代入即可確定是否滿足「嵌合面角量之要求」及「每個嵌合面對應嵌合稜的方位」;再配合稜值—同構稜值、嵌配稜和判斷值可確認 n×n×n嵌合立方體 6 個不同嵌合面組成的正確性。 最後,透過「旋轉運算」得到「3+1 連基本結構」,可在 3D嵌合立方體與 2D嵌合矩形快速組裝轉換;解構 n×n×n 嵌合立方體有6n2−12n+8個方塊,重組成2D嵌合矩形面積最小值公式為n4−3n3−2n2+7n+3,其中 n≧4。