物理與天文學

本研究主要目的在於利用現有的天文資料庫搜集星團成員星，並探討疏散星團中短週期變星的類型與空間分佈，以及星團在銀河系中的運動狀態，希望能對疏散星團的演化有更進一步的瞭解。英仙座雙星團在天空中的投影很靠近，以往文獻認為此雙星團可能相互影響，因此我以此天體當研究目標。除了線上天文資料庫檢索結果可以用來分析星團成員及基本物理參數，我還利用青藏天文台來取得觀測資料以填補研究中變星數據的不足。利用2MASS測光數據及蓋亞巡天自行數據，此雙星團我挑選出共約80個成員星，另外我分析了51顆變星，其中有17顆星是經由本次觀測得到的新週期。根據該天體的自行與徑向速度，其運動狀態是以一快一慢的速度朝向銀心運動，並皆以銀心為中心相同方向旋轉，且在垂直銀盤方向同時向下遠離銀盤。

我們使用了直流電源進行感應電流的測試，結果發現直流電源因為電流穩定，所以無法產生感應電流，只有在打開電源或關閉電源時才會有。於是我們用打點計時器設計了自動開啟與斷電的裝置，使直流電不斷地開啟與斷電，造成源源不斷地感應電流，但此裝置的輸出功率太小。接著我們使用了簡易的振盪器形成振盪電路，使直流電可以有交流電的效果，透過許多測試，最後利用細線編織而成的麻花辮來繞線圈，解決因集膚效應所造成的損耗，接著用倍壓式整流電路，將交流電轉成直流電，使原本的傳輸效率大大提升，最後再透過鋁片的反射，使接收線圈的效果再度提升。

A simple and cheap bubble film experiment system was constructed by us. Although it is simple, it can observe the phenomenon similar to those observed in the wind tunnel system or PIV system. But because of gravity, bubble film become a little more complex. We programed some codes to analyze the data and showed bubble thickness is proportional to the Reynolds number. The low frequency sound can make bubble film rotate. And we also study the wing’s attack angle, from 0 to 75 degree with interval of 15 degree, discovering the 15 degree is the best flying attack angle.

本研究旨在探討正多角柱內所產生之肥皂泡膜形狀，以及改變正多角柱邊長與高度比例時，所發生的對稱破缺的現象。在初步研究中我們發現，正五角柱內的肥皂泡膜確實存在對稱破缺的現象，因此我們希望進一步確認並理解箇中奧秘。我們的研究將以實驗觀測做基礎，然後在理論上配合最小曲面的面積近似解來分析，為了將實驗與理論作結合，我們透過免費的數學軟體GeoGebra來進行數值模擬計算以及圖形展示，並使用薄膜干涉測量討論皂膜的厚度，對皂膜受力的影響。

臨床上，人工血管與心血管支架常因血栓導致其使用壽命減短，甚至造成病人生命危險，而血栓起因乃為血小板活化。氧化石墨烯為新穎二維材料，其於醫學方面的應用也極具潛力。本研究藉由微流道觀測系統，透過光學顯微鏡直接觀測氧化石墨烯表面與血小板間之交互作用，再進一步使用紫外光還原氧化石墨烯表面，並使用原子力顯微鏡(AFM)、X光光電子能譜儀(XPS)、凱爾文探測力顯微鏡(Kelvin Probe)等檢測氧化石墨烯表面性質。 經實驗證實，鍍有氧化石墨烯之表面在流動狀態下，可有效地減少血小板的活化與貼附，並推測因氧化石墨烯表面帶有負電荷，可排斥同帶負電荷之血小板，以達到減少血栓生成的目的，未來可進一步應用在人工心血管支架上，延長其使用壽命。此研究突顯了改善人工血管與支架表面性質與其臨床上應用的重要性，而材料表面修飾也為優化臨床應用提供一個可行方法。

本研究在探討介面活性劑對二氧化矽電流變液在外加電場下黏度的影響。主要是用沉降法測試溶液的黏度。經甘油以及90%甘油水黏度的測量後，確定此方法可行。 測量二氧化矽電流變液的黏度後，發現黏度和電場的平方成正比。在電流變液中加入不同體積的介面活性劑triton X-100，發現介面活性劑體積百分濃度為3.75%、二氧化矽體積百分濃度20%和介面活性劑體積百分濃度為1.875%、二氧化矽體積百分濃度10%的流變效果最佳。研讀介面活性劑橋理論後，我推測造成上述差異是介於兩二氧化矽粒子間介面活性劑的量。當介面和法向量的夾角接近90度時其作用力為最大；而介面活性劑的量稍微多或少時，因為角度的改變，使其作用力減少而黏度減少。觀察電流變液中氧化鐵粒子在低電壓和高電壓的運動，發現粒徑較大的粒子在高電壓下無法運動，推測為高電場下鍊與鍊之間距離縮小造成。

不同於歷屆科展使用如浮沉子(2)、硬幣(3)、試管(5)等”沉體”在”凹”水面上對表面張力做研究，我們使用乒乓球作為”浮體” 並且於”凸”水面上做實驗，過去研究cheerios effect(6)的實驗多使用簡化的模型，忽略了沉體兩側的作用力只考慮沉體與容器邊壁的作用力，因此，我們強調的是，討論浮體兩側液面上因接觸角的差異所產生的水平側向力，並使用電流天平直接量測水平側向力的大小，我們釋放浮體使用影格分析法研究浮體的運動，最後我們得知浮體於液面上運動的機制。

奈米氣泡的大表面積比，表面帶負電，可以在水中停滯很長的時間等特性使得奈米氣泡水溶液異於一般氣泡水溶液。測量奈米氣泡水溶液的導電度，可得知水溶液的電荷密度，超聲處理時間可改變奈米氣泡水溶液的電荷密度，進而改變奈米氣泡水溶液的折射率、表面張力、以及黏滯係數。 利用兩個不同功率的超音波震盪儀(100W,43KHz；200W,40KHz)超聲處理氮、氧、和二氧化碳等三種氣體，震盪時間5分至30分，可以得到不同導電度的奈米氣泡水溶液。用自製的導電度測量器測量奈米氣泡水溶液的導電度；測量氯化鈉水溶液的導電度，用來和奈米氣泡水溶液的導電度做對照比較。 實驗探討超聲處理時間、水溶液的溫度、外加磁場的大小對導電度的影響；以及奈米氣泡水溶液的導電度對奈米氣泡水溶液的折射率、表面張力、以及黏滯係數的影響。

Even as a child, I was fascinated by the colors in nature, such as rainbows, butterflies and flowers. This fascination developed into curiosity with age, and as my school studies developed, I became particularly interested in the scientific aspects of the origin and development of colors. I wanted to answer the question: How are the different colors of the butterfly wings related to the nanostructures of scales and pigments? The color on the butterfly wings results either from the pigmentation (chemical color) or from the structure (physical color) of the wing scales. Colors such as yellow, black, red and brown are mainly created by pigments. The interaction of light and structures in and on the surface of butterfly wings, often the size of the wavelength of the light, results in physical colors. These colors are usually bright and dependent on the viewing angle (unlike chemical pigments that spread light diffusely). The colors produced here are usually golden, green, purple and blue. But, where do these colors come from and why do certain species dazzle more than others? To get to the heart of the matter, I identified two key questions: • How are the different colors of the butterfly wings related to the nanostructures of scales and to the pigments? • Using the nanostructure, can you find out the wavelength of the reflected light? In this work, I focus on the structural colors of butterflies and study the physics behind them. This includes parachuting in areas such as diffraction gratings, scattering of light, interference in thin films, and multilayer interference. In order to experience the greatest possible diversity, I selected butterflies from different species for the measurements. Using the spectrometer, I measured the light reflected from butterflies. High-resolution microscopes such as the laser microscope and the scanning electron microscope gave me the opportunity to study the detailed nanostructures of the wing. In addition, I was able to analyze and evaluate my results using existing physical models and MATLAB simulations (Maxwell equations).

自轉是塑造恆星演化的關鍵物理因素（A. Maeder et al. 2012），然而，在一些研究當中，模擬恆星演化仍會選擇忽略旋轉的影響（Pietrinferni et al. 2004），這開啟了我探討自轉在恆星演化扮演的角色之興趣，於是展開以下研究。MESA（Modules for Experiments in Stellar Astrophysics）為一專業天文物理界中普遍使用之電腦程式，能模擬各種恆星演化場景，本研究藉由MESA模擬不自轉至具自轉程度差異之恆星演化模型，探討其演化過程之變化及最終狀態之差異。研究結果分析發現自轉混合導致不同殼層位置之元素有更好的對流性，因而產生較好之化學同質性質 (Chemical Homogeneous)，而自轉效應在驅使恆星進入presupernova階段亦有一定程度的重要性。