物理與天文學

全像攝影運用光波干涉性質呈現物體影像。干涉是波基本性質因此嘗試改以水波當波源，經過全像攝影相同過程來呈現物體影像。 將訊號產生器產生訊號一分為二，一個接到振動器產生水波，用光感測器接收相當於全像攝影物體波，另一個訊號直接以電壓感測器測量作為一虛擬平面參考波，將兩數值相加模擬物體波與參考波干涉，得到一數位化水波全像片。然後以程式計算虛擬平面參考波通過水波全像片，全像片上各個點波源相互干涉結果，成功將影像重建出來。討論影響影像重建變因、鑑別率，將不同位置物體影像一層一層顯示達成斷層掃瞄效果。水波「虛擬干涉全像法」是我們自行發展出來，以關鍵字搜尋並沒有發現類似實驗。 最後將相同原理運用在「光聲成像」，將一調變頻率40KHz光照射在物體上，經光聲效應轉換成聲波，將聲波經由「虛擬干涉全像法」成功呈現物體影像。

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。

觀察肥皂泡置於平行電板中時產生變形，本研究探討此現象並提出相關解釋。經由實驗發現肥皂泡在電場下的形狀是橢球的一部份；肥皂泡在施加電場前後的高度比與寬度比是兩電極板間電壓的二次曲線，且離心率與電壓成正比關係。透過觀察肥皂膜的光學性質、分析皂膜受力以推測其電學特性，確定系統之電荷與電位分布，進而提出理論模型計算系統能量，解釋平行電板間肥皂泡之變形現象。

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。

因參加TYPT台灣青年物理辯論競賽，初步認識了此現象──當一個橫向放置的圓柱造波鼓在水面上垂直震盪時，引起的表面水流逆流。當造波鼓振動的最大加速度達到了臨界值，表面的粒子行進方向就會與波的傳播方向相反。我們查詢了有關此現象的文獻，驚訝的發現，此現象目前還沒有理論可解釋。於是我們便以自製的實驗設備，開始探討在不同的振動情形下，表面流會如何變化。 以目前所獲得的數據，我們推斷反向的流動與造波鼓排開水的體積及造波鼓前排列的波包有關，而回流只是補償流的性質，且水表循環之貢獻遠較水面的流動下顯著。根據為不同厚度的造波鼓有不同的回流臨界加速度，且縱向的水流循環強度遠較水表循環弱，前者速率大小約與後者相差一數量級。 我們也利用閃頻儀分析了不同條件下水波的波形，並利用Poincaré map將其分為兩類，分別對應到表面的出去流與回來流。

本研究採用克卜勒任務的分批資料，藉由仿作前人手法，嘗試將已被認為有行星環繞的系外恆星Kepler-22和Kepler-452的不同觀測階段的光變曲線連接在一起，獲得較為長期的觀測資料，以確認它是否被行星環繞著。再從分析數據的過程中，為尋找外星生存環境建立基礎的探究能力。透過分析 Kepler-22和Kepler-452 光變曲線及假設它們與它們的行星的密度已知狀況下，可以得知系外行星 Kepler-22b 的公轉繞行週期為290 天、Kepler-22b 半徑為地球的√7 倍、Kepler-22b 質量為地球的16倍、公轉軌道半長軸約為1AU。系外行星Kepler-452b 的公轉繞行週期為385 天、Kepler-452b 半徑為地球的√3 倍、Kepler-452b 質量為地球的5倍、公轉軌道半長軸約為1.04AU。系外恆星Kepler-22的自轉週期為 21 天、年齡為四十億年。這些參數有助了解這個系外恆星系統的結構，並在研究出結果後可以做為了解太陽系過去與未來演變的參考。

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。

本研究旨在探討肥皂泡膜在正立方體所產生之皂膜形狀，以物理表面張力及數學最小曲面來作分析。在皂膜實驗中，我們分別控制模型大小、溫度、皂液濃度及傾角來觀察皂膜形狀的形成時間及現象。在數學論證當中，我們利用數學軟體Geogebra 5.0幫助我們進行皂膜最小表面積的計算及模擬。最後提出現象解釋及應用。 本研究創新之處在於以數學動態軟體模擬並解析物理實驗，以更精準地計算進行皂膜形成的力圖分析。並解釋先前數學理論研究[3]與物理實驗及現象之間的差異。此外，我們亦將進一步改進實驗技巧，以利實驗與理論的對照與分析。

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。

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。