全國中小學科展

第一名

福木葉萃取液應用於生物除草劑之可行性評估

大花咸豐草(Bidens pilosa L.) 為主要的入侵植物之一,菲島福木(Garcinia subelliptica Merr.)能否作為生物除草劑,抑制大花咸豐草的危害。以最佳萌發條件培養三種作物與大花咸豐草種子,福木葉萃取液皆能抑制種子萌發,但對大花咸豐草的抑制效果優於另外三種作物。以福木葉萃取液進行幼苗測試。可抑制萵苣主根延長,抑制小麥草植株、不定根與大花咸豐草植株生長。考慮福木相剋作用與大花咸豐草和作物競爭的影響,(1)萵苣:相剋<相剋+競爭<競爭(2)小麥草:相剋+競爭<競爭<相剋。建議兩種萵苣,播種前使用5%福木葉萃取液,抑制大花咸豐草種子萌發;小麥草需等大花咸豐草叢生後再使用10%福木葉萃取液還可促進小麥草的生長;單獨處理大花咸豐草則使用10%福木葉萃取液達有效抑制效果。

米苔目螺旋擠壓新製程

目前手工製作米苔目,操作十分費力且高溫悶熱,而製作的米苔目機器,無法以連續式生產,也不能有效控制米苔目外觀及長短。我們研發的米苔目螺旋擠壓機,具有自動進料、自動出料、自動裁切、可控制米苔目長度、節省人力、避免高溫操作等優點,而且組裝成本低,未來具有商品化之潛力。由實驗發現,隨著米漿糰含水比例遞增,米苔目之直徑、澱粉糊化度皆呈現遞增趨勢,而米苔目螺旋擠壓機之耗電功率則呈現遞減之趨勢。透過物性與品評測試,發現米苔目樣品E(粉:水=1.0:1.6)之彈性最佳。透過螺旋擠壓機可製作各種蔬果米苔目,天然健康色香味俱佳,且長度適當之米苔目可用波霸珍珠用吸管順利吸飲,未來商品化之潛力極大。

蟹葉「銅」「鋁」來電-環境友善光電強化銅鋁電池的探討

本研究探討以光電延長電化學電池壽命的可行性,在鋁銅電池兩電極間置入以幾丁聚醣為載體含有葉綠素、氯化鈉、及醋酸之膠態電解質所組成的新型三明治電池。電池以鋁網為陽極、中空銅框為陰極,太陽光經照射光敏染料的葉綠素,激發電子,傳遞電子至陽極,還原被氧化的鋁減緩消耗,被氧化激發態的葉綠素則為經外線路傳遞到陰極的電子還原為基態。研究結果顯示於葉綠素溶液中,加入幾丁聚醣(3.0%)、氯化鈉(0.6%)及醋酸(1.0%),所配出的膠態可得最好的最佳組成及條件,照光情形下含葉綠素之電池比不含葉綠素之電池電功率下降速度慢很多,證實以光電延長電化學電池的壽命的可行性,本研究為一種環境友善的新型太陽能光電輔助鋁銅化學電池。

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。

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。

淨塑小子-智慧家用洗衣機塑膠微粒清除系統設計之研究

觀察家中排出汙水中,近80萬條塑膠微粒來自洗衣間家用洗衣機。淨塑槽及鐵磁流體攪拌槽為滴濾式及攪拌式設計,組成家用洗衣機智慧塑膠微粒清除系統,濾網組使用物理性過濾攔截0.058mm以上的塑膠微粒,透過鐵磁流體攪拌器去除0.058mm以下塑膠微粒,八爪型攪拌槳大旋轉體積對於鐵磁流體與排水的混和均勻度最好,磁鐵與攪拌槳分離容易更換材料並便於進行鐵磁流體回收。Arduino掌控智慧節能系統及物聯網的運作,提供手機運作資訊,圖像式語言易於撰寫,透過伺服馬達轉動連結兩套系統,建構一套遠端監控智能運作的塑膠微粒清除系統,5分鐘可完成1.3公升之汙水清潔,聚酯纖維、尼龍、聚丙烯有接近100%的清除率。

壺蜂的生殖行為—探討黃胸錐腹蜾蠃交尾、做巢、產卵、育幼的生殖過程研究

本研究探討黃胸錐腹蜾蠃(Delta pyriforme)交尾、做巢、產卵、育幼等生殖行為。結果一雌雄壺蜂平均性成熟為77±10.8、63.7±5.7小時,交尾結合只有11秒。結果二壺蜂用大顎與前足以0.8×10-3m/s速度拍打泥球,讓巢固定成形,結蜂繭後巢硬度達4269gw。結果三受微風影響卵搖9.3次/s,此時卵柄的張力對卵做出164.3nkg.m/s衝量值,當衝量越大、卵搖晃時間越長、停下時間要越久。結果四壺蜂會依不同體型獵物,施予不同的力搬運回巢,被麻痺獵物血液流速為1.64~1.13cm/s,氣孔被打開494%,以延長獵物壽命,有助於壺蜂幼蟲攝食,達到育幼後代的目的。

搶救生命大作戰- AI姿態辨識在智慧型高品質CPR訓練引導式教學輔具系統設計之研究

本研究以CPR訓練模型輔具做為研究對象,根據專家說明CPR動作要正確純熟,除了依賴良好的教學輔具系統引導外,其功能上更需要有按壓姿勢的正確判斷,因此本研究藉助科技AI輔助,設計AI姿態辨識的智慧型高品質CPR訓練引導式教學輔具系統,經研究證實系統能逹到: 一、協助學習者熟練CPR的操作流程並解決訓練模型設計問題。 二、成功運用邊際運算功能提高AI辨識的速度。 三、拍肩反應、判斷按壓位置、深度更可利用壓力感測器及超音波感應器進行偵測。 四、能應用AI代替人類專家判斷按壓姿勢之正確性。 五、具專家模式且可獨立操作的CPR引導式教學輔具系統。 期望人人都能學到CPR正確操作技巧及爭取黃金復甦時間,搶救寶貴生命。

雙層式水平軸風力渦輪機葉片下洗氣流之探究

本研究設計雙層葉片風力渦輪機,並使第二層葉片吸收第一層剩餘風能,提升發電效率。由於渦輪機葉片運動模式複雜,因此將實驗分成兩部分,首先去除渦輪機旋轉的因素,測量前後機翼改變攻角、間距及方位角情況下的升力,經實驗分析下洗氣流效益最佳處,為攻角於12度、間距1.5倍弦長、方位角-15度處;第二部分實驗測試雙層葉片渦輪機發電效率,當兩層葉片間距為1/4螺距(90度)時,兩層葉片應於夾角90度有最大效率,但減去下洗氣流方位角-15度,夾角75度對應效率最佳,經風洞實驗得相同結果。經效益分析,兩層葉片渦輪機效率提升四葉葉片的三成,一層葉片佔渦輪機總成本10-20%之間,可見本設計具備提升效率及降低成本的特性,未來具有高度前瞻性。

圖形化物聯網小型折線機之研究

生活中網路商店或夜市常看到業者手工用鋁線在折造型,這些造型必須應用手工方式生產,所以生產效率及重現性低,且這類型的塑性加工在課堂上我們只能觀看一些影片來教學,無法實際進行操作。本專題用單折彎頭來進行金屬線之折線加工,以課堂所學知識及加工技術背景進行開發,主要以3D列印機的Arduino+RAMPS1.4控制器為基礎,自行設計及加工折線機構、進線機構、轉軸機構與螺桿機構開發出小型折線機。利用Python程式語言開發出將圖型座標轉換為NC碼,透過MT7688物聯網方式,直接控制所需的機械動作,做出所需的作品,讓使用者只需畫圖即可做出成品,不需學習機器控制語法。本專題可自動化加工生產、具有3D折線功能、折不同軟硬度的材料、操作介面簡便、體積小、成本低。