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第一名

液滴爆炸

本研究探討乙醇水溶液液滴於疏水流體表面之分裂現象。此現象可利用揮發造成乙醇之濃度梯度所驅動的表面張力梯度來解釋,又稱為馬倫哥尼現象(Marangoni Effect)。液體為達到最低表面能而改變表面積的普托瑞立不穩定現象(Plateau Rayleigh Instability)也可以做為液滴分裂的解釋之一。 在研究中,研究團隊發現溶液在油面上會隨時間分裂出子液滴,並對於最終子液滴的半徑與分裂現象分別進行定量與定性之探討。本研究於先遣實驗中發現乙醇水溶液濃度之臨界下限為65%~67%重量百分濃度,並以大於(含)此濃度之溶液進行關於乙醇濃度、溶液體積與油層厚度三項參數對於最終子液滴半徑、分裂時間、液滴最大擴散半徑與擴散半徑演變之影響。

「顯像」環生-環形氣泡產生方法及變因之研究

我們從網路影片發現海豚能夠吐出環形氣泡!對環形氣泡產生興趣後,我們自製以相同力道製造環形氣泡的施力裝置,進行環形氣泡產生方法和變因的探討。我們推薦以空氣砲製造環形氣泡。空氣砲使用3D列印中空圓筒瓶,瓶底包膜以繡框固定矽膠保鮮膜,並以推膜施力。我們以細小氣泡作為顯影顆粒,進行簡易的流體可視化,分析出環形氣泡形成歷程與內部運動軌跡。孔徑、管長和管徑都會影響環形氣泡效果。管徑3吋圓筒瓶最佳化為「孔徑/管徑=1/3、管長20cm」。施力大小與孔徑則會影響環形氣泡直徑。環形氣泡需要氣泡才能現形,我們研發出內塞氣泡石、現形水量方法,讓氣泡現形一體化。此外還發現環形氣泡對撞會有互相抵銷、吸收與後凹抵銷一半現象。

衛星影像分析-集集攔河堰水體計算

本研究利用福爾摩沙衛星5號及Sentinel-2之衛星影像監測2018-2023年集集攔河堰集水區的變化量值,並利用Semi-automatic Classification Plugin(SCP)及Normalized Difference Water Index (NDWI)兩種指標運算方式,比較集集攔河堰的水體面積變化及兩種指標的差異與應用。結果顯示NDWI相較於SCP更接近水利署所提供的航照資料,因此NDWI在測量水體範圍上具較高可信度。 如果用(面積×水位高度)無法真實計算可利用的水資源,因為水面下的沉積物會隨時間增減或遷徙。因此我們利用地表輻射值與數值高程模型(DEM)模擬水下的沉積物堆疊情形。為證實地表輻射值與地形有關聯性,因此利用水利署光達剖面圖資與本研究計算結果比對,發現乾季時模擬結果與光達實測地形資料高度相似。

探討神經細胞特異性磷酸化PaxillinS119的進核機制與其在神經細胞生長中所扮演的角色

本研究發現在初代神經細胞於活體外生長至第七天時,位點 Serine119 被磷酸化的 Paxillin (p-PaxillinS119) 會從細胞質轉位進入至細胞核。我們使用 N2a 細胞進行轉染來探討 p-PaxillinS119 進核的分子機制,發現 p-PaxillinS119 進入細胞核需要位點Serine119被磷酸化,且得知Paxillin的 LIM 結構域中有 PY-NLS 序列,分別為 P516/Y517 及 P575/Y576,是藉由轉運蛋白 Importin β2 辨識該序列,並與其蛋白結合後帶入細胞核中。為了瞭解 p-PaxillinS119 進核對神經生長的影響,我們抑制 Importin β2 的蛋白核輸入功能,以及對 Paxillin 的 PY-NLS 進行點突變,皆觀察到軸突起始段的位置和長度異常,表示阻斷p-PaxillinS119進核會使神經細胞的成熟度延緩。我們亦發現神經細胞的 p-PaxillinS119 在細胞核中會呈現顆粒狀,與 RNA 剪接因子 P-SR 共定位在核斑點,也確認了 p-PaxillinS119 顆粒是具有核斑點的特性,顯示 p-PaxillinS119 進入細胞核後參與了 RNA 的剪接。

粼粼波光下的矽光子波導的傳輸奧秘

新聞報導「矽光子」是台灣未來重點產業,經老師解釋,我們學習到「矽光子」是將電信號轉成光信號在波導上傳輸。光可看是一種波動現象,我們嘗試能否從水波來了解波導原理?在實驗自製水槽中,針對小振幅淺水波的水波導現象與實驗變因進行探討。經多次測試:水波經過單通道傳播一段距離後,水波振幅在約30cm後衰減,而波導上傳播的水波可延波導傳遞更遠距離(>60cm)。 進一步以水深、頻率、壓克力條高度為變因實驗。結果顯示,須同時滿足波速比≦0.65以及起振水波半波長接近波導寬度才能實現水波導現象。 在異型波導實驗中,證明水波導有缺陷時,水波依然可以維持波形在水波導上傳遞。故展示利用小振幅淺水波在水波導上的傳輸,可以學習到矽光波導的傳輸行為。

泥岩上的石灰岩~大崗山地質環境之探討

本研究探討大崗山地區,泥岩的回脹力與石灰岩裂隙的關係,並解析大崗山地層組成:(1)上段石灰岩裂隙分布與鐘乳石洞的成因(2)中段化石碎屑層之化石種類(3)透過實驗,驗證下段泥岩層的吸水回脹力足以使上段的石灰岩斷裂。 我們用自製的壓密儀,成功測量出泥岩的回脹上頂力,並經由斷裂實驗,證明泥岩回脹的力量,可以使上方石灰岩產生裂隙。 我們提出創新論述:泥岩與珊瑚礁石灰岩的過渡帶,存在碎屑化石密集層,可硬化成為基岩,使得珊瑚水母型幼蟲,可順利固定著床並向上生長,而形成珊瑚礁;同時珊瑚礁 形成石灰岩後,因為下方泥岩的回脹而產生石灰岩的裂隙。 最後根據研究成果,完成地質館的三層設計圖與Scratch互動程式,可供未來大崗山地質館參考使用。

正本「塑」源-探討河川塑膠微粒

基於對鄉土的關懷,我們選定高屏溪流域,來研究河川中塑膠微粒的尺寸大小和含量,透過光譜來了解塑膠微粒的材質。高屏溪流域是跨高雄及屏東地區最大的河流,其中含有4個攔河堰。我們共分為枯水期及豐水期來採水,比較不同季節之塑膠微粒類別,若以形狀區分,枯水期塑膠纖維最多佔51%,豐水期塑膠薄膜最多佔39.6%。若以尺寸區分,枯水期100~500μm的佔最多約48.1%,豐水期25~100 μm約佔51.2%。若以材質區分,枯水期含量最多分別是PE(44.5%)及PP(33.3%),豐水期含量最多分別是PE(53.8%)及PET(17.6%)。若從顏色區分,大多是白色及透明為主要顏色。以上實驗數據可供主管機關列為日後重要監測參考之一,特別是以往本溪流並未曾採樣分析塑膠微粒各種樣態及溯源。

百密無一疏–特殊多邊形密閉區塊之研究

本研究討論如何利用k個全等n邊形圍成密閉區塊,其中多邊形分成正多邊形與正多角星形兩種類型。除了找出可以圍成密閉區塊的最少塊數外,亦由多邊形邊數n與塊數k討論密閉區塊的存在性。若存在某種拼接方法可利用k個n邊形圍出密閉區塊,則進一步討論該拼接方法是否能夠密鋪整個二維平面。在大多數的情形下,研究成果已能判斷k個正n邊形或正n角星形能否圍出密鋪區塊,以及是否可密鋪平面,並且提出一套建構拼接方法的流程。

藥命時刻-天然環境農藥降解與大範圍消除方法研究與討論

本實驗研究常見除草劑「固殺草」的降解與檢驗,同時利用各種物質與方法嘗試消除農藥,並尋找消除農藥「固殺草」最佳方法。 本研究發現:藉由產生「親核取代反應」(Nucleophilic substitution) 能有較佳的消除農藥效果,並且當環境物質含有越多量的胺基酸與維生素時,其消除農藥效果也越好。 根據實驗結果,我們利用環境中易取得的物質,自製簡單、便宜的農藥消除劑,用來協助農民與一般民眾消除農作物上殘存的農藥,並根據實驗結果可以在極短時間內達到去除99%以上的農藥殘留,期望幫助民眾遠離農藥的毒害。

圓緣相連-關於忍者通道性質的探討

本作品由2023年IMO的第五題出發,希望探索在忍者通道中的其他性質,首先思考改變每排中放入的球數並觀察規律,進而推廣到三維圓圈塔中的性質,最後使用hyper cube(超立方體 的情況進行一般化的推廣與構造的優化,完成最小值問題的求解另外也對於特例部分探索解的總數。