全國中小學科展

第52屆--民國101年

埃及吹綿介殼蟲的生存之道~蠟泌物與蜜露排除機制探討

校園植栽上有白色綿絮狀生物,經調查和觀察後發現是埃及吹綿介殼蟲(Iceryaaegyptiaca)。一齡若蟲行動活躍找尋適當棲地後行固著生活,以絲狀口器吸食植物汁液。本研究調查埃及吹綿介殼蟲在榕樹及紅雀珊瑚的分佈位置,並比較蟲體各齡期的形態及蠟泌物分佈,結果發現蠟泌物有強疏水性,由長形、弧形和圈圈狀纖維構成,成蟲體側左右各10根蠟絲,蠟絲長度約體長1~2倍,具保護、偽裝、防雨、保護卵和一齡若蟲等功能。一齡和二齡若蟲背部尾端有蠟管,直徑約人類頭髮的1/5-1/6倍,會不斷由基部向前延長,速率約3.5mm/天,蠟管末端會排出葡萄糖含量極高的蜜露,藉蠟管的延長和斷裂可將蜜露排離身體;三齡至成蟲不具蠟管,但全身布滿疏水蠟泌物,蜜露排出後直接沿蠟絲滑離身體。

甲若殼以結素重金屬汙染-甲殼素吸附重金屬水溶液

本實驗中採用自製的甲殼素吸附金屬離子,發現在0.04M、pH4、25℃、45分鐘時添加了戊二醛的甲殼素對銅離子有最好吸附效果。其中甲殼素在不同濃度的銅離子中,濃度越低對銅離子的吸附量會越少。而在添加戊二醛改質甲殼素以形成網絡型結構方面,隨著戊二醛添加量的增加,甲殼素對銅離子吸附量隨之增加。時間對銅離子吸附量的影響發現,GA2在10到40分時吸附最快速,約在45分時達平衡。在甲殼素克數對銅離子的吸附量影響發現,大約在0.8克時吸附可達平衡。甲殼素在不同pH對銅離子吸附量的影響方面在越偏酸性的環境下吸附效果最佳。

水「升」火熱-探討水珠在高溫下彈性與移動狀態

我們發現在加熱板上製造出溫差,並滴水在加熱板上,水珠會由高溫往低溫處移動的現象;我們判斷在較高溫處所產生的蒸氣氣膜厚度較低溫處厚,使水珠向低溫處傾斜,導致水珠往溫度低處移動,由本實驗得高溫板上水珠會向較低溫度方向進行散射現象(以上敘述貼合研究動機圖示)。水珠在溫差20℃最高可以爬上0.3度的坡度,且溫差越大水珠能攀爬的坡度也愈大。在水珠碰撞的部分,根據我們實驗結果,在高熱板上滴水可以形成水珠並進行碰撞與移動。藉由控制溫度及水珠大小找出其對恢復係數的影響,證明在固定溫度下水珠大小的增加,會造成水珠的恢復係數e隨之遞減;而隨溫度的增加,則水珠的恢復係數e會隨之增加。

吸金大法-果皮改善重金屬污染水之研究

家鄉河川受到重金屬汙染的消息引發我對於改善重金屬汙染水進行研究的興趣。在這個實驗中,利用乾燥的橘子皮、檸檬皮、香蕉皮和花生殼作為吸附水中重金屬的物質,利用綠豆發芽率作為檢測水中重金屬離子是否減少的指標。結果發現受到重金屬汙染的水使綠豆發芽率降低。以果皮處理受污染的水一段時間後,發現果皮對於某些重金屬具有吸附的作用。其中,橘子皮對於鈷離子和鎳離子的吸附效果最佳;檸檬皮對於鈷離子、鉛離子和鎳離子的吸附效果較佳。香蕉皮對於鉛離子、鎳離子和鋅離子的吸附效果最好;花生殼對於銅離子的吸附效果最佳。但是,儘管果皮可以吸附重金屬,但大部份以果皮處理過後仍然無法使受污染的水恢復到未汙染前的狀況,所以避免人為汙染,才是解決汙染問題的根本之道。

你嚼對了嗎?-檳榔鹼對神經再生之應用與影響

在此實驗中,我們以大鼠作為實驗對象來探討檳榔鹼對神經系統的影響。首先,我們將大鼠麻醉以利實驗進行。待大鼠昏迷之後,將其臀部及大腿的毛去除,劃開皮膚及肌肉後,將坐骨神經截斷,再以矽膠管連接兩神經斷端,隨即以顯微注射管將檳榔鹼打入矽膠管腔中。之後將傷口縫合,把大鼠置放在籠子裡等待甦醒,進行觀察。實驗後發現,檳榔鹼明顯增加了神經再生的成功率,並可促進再生神經顯微結構的成熟。此結果說明了檳榔的成份並非全然只有壞處,希望未來可以善加利用檳榔於醫藥衛生工作中,以造福神經受傷的病患。

炸開壁癌,攻堅水泥!

白華是生長於混凝土中孔隙的鹽類晶體,但確切影響其生成量及速率的機制仍未可知。為探討及分析不同因素影響晶析與實際上壁癌的晶體結構,我們以混凝土試片浸泡於漆料中常含的有機溶劑中,並測試市面上販售之多種防壁癌之漆料塗抹於混凝土試片上之效果。除此之外,更蒐集現實生活中所產生之壁癌,且針對上述有鹽類晶體生長之試片採集之壁癌進行顯微照相以及成分分析。結果發現,水泥比例造成的裂隙大小、有機溶劑的黏性會影響毛細作用與水泥析出,而防水漆料則能在短時間內抑制水分滲入。顯微照相顯示,在各種鹽類中,硫酸鹽的小顆粒較易析出至表面,是現實生活中的主要成分。我們期望將控制上述有利於白華生長之因素,應用於有效抑止壁癌的生長。

搶救「沙灘」大作戰~探討潛堤對海岸沙灘的影響

本研究藉由文獻資料及實地探訪,了解目前旗津地區海岸沙灘嚴重流失,政府希望藉由離岸潛堤的工程發揮安定海灘的功能,保護堤後海岸。經過實驗的設計探討,我們發現:沒有設置潛堤的海岸打上岸的波浪明顯比任何一組有設置潛堤的波痕高,沙土侵蝕情況也較為嚴重,由此可見,潛堤確實具有阻擋海浪侵蝕海岸的效果。而不同的潛堤設置條件都具有不同的阻浪效果,研究結果最後發現:設置潛堤較佳的方式是將潛堤設置在不露出水面(剛好在水平面)、離海岸愈近、潛堤間距愈小、與海岸形成某種夾角、增加潛堤的長度及排列成 或 的形狀,都能增加阻擋海浪的成效。但是有些條件消波塊使用的個數太多時,將造成成本過高及景觀的破壞,也是值得評估考量的。

萬花筒-正三角鏡

問題與想法:邊長1的正三角鏡ABC中,光由原點B射到CA上一點P(圖一),再依反射定律繼續反射下去,我們想探討:是否能回到原點B?而若回到原點B,所走路徑及反射次數可找到通式?考慮圖二探討此問題。圖二中的每一頂點都對應△ABC中每一頂點。主要結論:我們算出每一反射點在圖二中的座標得以下結論: (1)CP為有理數時,CP=b/a,(a,b)=1,a,b∈N,導出第一個相交頂點在展開圖的座標為(a-b,b)。再利用展開圖中,同名點構成的直線特徵(如圖三)得:由B射出光時,會返回原點B。並知反射後回到B所需的次數與路徑可由a、b決定,公式如下:若a+b≡0(mod3),次數為2(a-1)次,路徑為B→B 若a+b≡1(mod3),次數為6(a-1)次,路徑為B→C→A→B 若a+b≡2(mod3),次數為6(a-1)次,路徑為B→A→C→B (2)當CP為無理數時,我們得到由B射出的光線不會返回B。且所有無窮多的反射點,在邊上的分布具有稠密性。

小兵立大功-利用微藻淨化養殖廢水

由於人類對海洋資源過度的利用,天然海洋資源日益匱乏,今後唯有發展水產養殖才能彌補天然海洋資源的不足,因此水產養殖為明日之星。為了友善環境和永續的經營水產養殖,水資源的再利用是一項重要的課題。本研究探討和比較三種大型藻(龍鬚菜、絲藻和孔石蓴)和三種海洋微藻(周氏扁藻、等鞭金藻和擬球藻)對水中氨和磷酸鹽的攝取效率。在三種大型藻中以孔石蓴對氨和磷酸鹽的攝取效率為最高,而在三種海洋微藻中,則以周氏扁藻為最高。進一步比較孔石蓴和周氏扁藻對氨和磷酸鹽的攝取效率,則發現周氏扁藻攝取的效率遠高於孔石蓴。若以周氏扁藻處理海水吳郭魚養殖廢水,可以有效地去除水中的氨和磷酸鹽,而文蛤也可以有效地將水中的周氏扁藻濾食,因此利用海洋微藻去除水中的氨和磷酸鹽,再以貝類清除水中的微藻,可以有效地進行水資源的再利用。

綠能小餅乾-太陽能染敏電池

本實驗主要研究如何提升染料敏化太陽能電池的電壓與電流。我們研究的項目有:改變染料種類、測試不同濃度的電解液、改變升溫速率、改變浸泡染料的時間。我們使用的染料主要以雜環為主,染料有茄子(主要含花青素)、薑黃素與葉綠素,去比較各種染料在上敘條件下,如何達到最高的發電效率?實驗發現染料為茄子時(1)低溫浸泡時24hr間最佳電壓0.59V、電流15uA;(2)電解液I2濃度以0.00025M電壓最穩定;(3)升溫速率以5℃/min最佳電壓0.547V、電流24uA。而為了加快TiO2薄膜的製程,以CVD化學氣相沉積製做TiO2薄膜,進而研究提升電壓的最佳方法,並觀察能否延長電壓在一個較大的數值或延緩電壓下降的速率,以延長電池的壽命。