物理與天文學

螢光奈米鑽石(Fluorescent Nanodiamond, FND)主要應用於生物定位，其結構中與一個氮原子相鄰的晶格缺陷部分(Nitrogen-Vacancy, NV^-)照射波長532nm的雷射會發出637nm的螢光，對FND施加磁場會使螢光強度減弱。由於在低濃度溶液中螢光訊號會被溶液的背景雜訊掩蓋而難以偵測，因此設計實驗對FND施加穩定變換的磁場，此動作能夠使螢光強度也進行相同週期的變化。針對此週期進行快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transformation, FFT)得出的數值會與螢光強度呈正比，進而推知FND濃度，有效排除不隨磁場變動的背景雜訊。研究結果顯示，施加磁場並使用FFT能夠成功排除牛血清蛋白(Bovine Serum Albumin, BSA)、碘化丙啶(Propidium Iodide, PI)、水、血液的背景輻射，且FND在高離子濃度溶液中會沉澱，在表層包覆BSA則可以有效地改善此現象。FND不易受到血液的背景輻射干擾螢光測定。

本研究發現並探討冰在旋轉流中快速融化時自轉加速的現象，甚至比驅動旋轉流的速度快。根據文獻[1][2]，近轉軸流場速度增快的現象可以基本流體力學方程式計算、解釋並討論，但對邊界條件處理、影響的參數無深入探究，其中熱對流模型控制應影響實驗結果。 本文透過自製實驗裝置，就驅動角速度、對流模型、對流速度等變因實驗探討這類旋轉流中因垂直對流引發「近轉軸處加速旋轉」對流流場性質，並用黏滯力、邊界及初始條件及PIV法攝影結果進行數據討論及驗證。實驗顯示自製三式熱對流模型、初始條件及液體性質是重要影響因素，明顯影響模型轉速-時間曲線趨勢；研究也成功利用PIV法攝影結果及數值模擬繪製出明顯近軸液體加速轉動時的流動結構並分析流場變化原理。本文期望對相關流體力學及工程方面問題有所助益，例如應用於渦流消除。

本專題利用混沌電路本身的不可預測性及混亂程度，製造出作為硬體安全實現的密鑰生成器。從實現基本的蔡氏電路，並探討蔡氏電路作為硬體安全的相關應用為基礎，進而實現進階的研究改造。透過電阻、電感、電容、運算放大器等電子元件，焊接在電路板上，實現一個「四渦漩狀」的混沌電路。 本研究的最大特點，就是會製作兩個具備相同電子元件及構型的多吸引子混沌電路，但天生的元件變異性會產生「類蝴蝶效應」，再利用數位乘法器，將兩個電路之類比訊號相乘，而這個操作會形成一個密鑰生成器的混沌系統。 最後會透過軟體MATLAB 確認電路操作和分析電路輸出信號，及所提出密鑰生成器的安全程度，將會驗證隨機性和獨特性這兩組特徵，分別計算平均及交叉相關函數來做為驗證的依據。最後從實驗中證明了「四渦漩狀」的混沌電路所產生的密鑰具有快速產生及高安全性。

Harmful microorganisms in food can cause deterioration of human health, poisoning and in some cases even death. Especially fresh meat and chicken products create a suitable environment for the growth of microorganisms in terms of the nutrients it contains, water activity and pH level. For this reason, detection of microorganisms in meat products is an important issue in terms of food safety and human health. In this project, it is aimed to detect live microorganisms in meat products, especially chicken meat, in a simple, non-destructive, non-contact and fast way using laser speckle method. Laser speckle images of healthy and stale chicken meat were taken, contrast parameter and correlation analysis of the obtained patterns were made. It was observed that the contrast parameter for staled chicken meat increased by approximately 3 times compared to fresh chicken. This increase provides an understanding of the difference between contaminated chicken and fresh chicken. Speckle density changes over time in relation to the movements of living microorganisms. Thus, the correlation in laser speckle density patterns taken from contaminated tissues is disrupted. In the measurements taken with photodiode, by analyzing the change of light intensity of the speckle patterns on fresh and contaminated tissues over time, the detection of microorganisms was made easier and more precisely without the need for image processing. The proposed measurement system is a new method that detects meat contamination with laser speckle imaging. It can be developed and made portable and can be used easily in homes. Since it is a simple, non-destructive and fast method, it can be used to determine the shelf life of meat in food distribution places and markets. In addition, it has the potential to be calibrated and used for other food products other than meat products. The system developed with this study is cheap and easy to use, and the laser speckle imaging method is used in a different field other than biomedical, contributing to the literature.

球體在旋轉平台上的運動分三階段：進動階段、螺線振盪階段、打滑階段。進動階段、螺線振盪階段為兩個運動模式的疊加：迴旋半徑漸增的螺旋線運動、向平台中心靠近的平移運動。當迴旋半徑漸增至滑動摩擦力的上限值，球進入打滑階段並向外甩出平台。 研究紀錄球體質心運動參數，並以接觸點準靜態理論計算及滑動-滾動摩擦模型進行數值分析，找出各種變因與運動參數間的關係。 結果發現滾動階段中鋼球作迴旋運動的頻率f球和平台旋轉頻率f盤和有正比關係，且比例值和球標準化轉動慣量δ正相關。由滾動階段過渡到滑動階段的最大迴旋半徑Rmax和f球2成反比、和δ呈負相關、和滑動摩擦係數μk成正比。滾動摩擦使球向平台中心靠近，也使迴旋半徑漸增。平台傾斜或呈錐狀時，球體的運動會向水平方向偏移。

方形盒盛透明液體，置放在冷源上方，液體發生熱擴散時，溫度由上往下逐漸下降，形成溫度梯度以及折射率梯度。雷射光照射和鉛直線成一定角度的玻棒透鏡，再穿過方形盒的透明液體時，在屏上形成斜直線，經一段時間的熱擴散後，變成曲線；曲線和斜直線的距離(h)，隨著時間(t)以及光線照射的位置(y)改變，作不同y的h-t圖可得知液體的熱擴散率狀況。 冷源的溫度0℃，分別用甘油和乙醇作待測液，得到的h-t圖，符合熱擴散推導出的h隨t改變的方程式；改用水當待測液，得到的h-t圖，就不符合熱擴散推導出的h隨t改變的方程式。改用-5℃的冷源，分別用水和氯化鈉水溶液作待測液，得到的h-t圖，不符合熱擴散推導出的h隨t改變的方程式。 用簡易的設備可以了解折射率梯度，溫度梯度，熱擴散率，以及液體的非線性熱擴散。

為了解黑白間隔圓旋轉時為何出現彩色圖案？我們在不同種類的光源、不同的光源閃爍頻率、不同圓盤轉速及使用高速攝影來觀察間隔圓旋轉後的影像，尋找黑白間隔圓與出現彩色圖案之間的關連性。我們發現黑白間隔圓旋轉時出現彩色現象時，光源必須閃爍、光源必為線光譜，光源含有螢光物質，並且發現燈管內的螢光物質吸收紫外光後所釋出的白光，可使黑白間隔圓旋轉時出現彩色圖案，而LED燈泡是藉由藍光激發黃色螢光物質後發出的白光，則無法出現彩色現象。實驗進一步發現，若燈管螢光物質的某一光源在發光後至熄滅之間產生發光時間延長的遲滯現象，將會是黑白間隔圓旋轉後所出現的顏色。

Improved methods of processing latex into rubber sheets will improve the incomes of small rubber producers. There are two ways in which latex can be processed into rubber sheets: fumigation and solar incubation. The fumigation method is expensive and produces pollution, but solar incubation can cause dark, sticky rubber sheets due to UV radiation, which reduces their value. A low-cost and environmentally-friendly solution to this problem was investigated here. A UV-protective roofing panel made using Nitrogen-doped Graphene Quantum Dots (NGQDs) was developed and tested. N-GQDs were made using the hydrothermal process for 2 and 4 hours (T2 and T4) and the solvothermal process for 4, 6, and 8 hours (TS4, TS6, and TS8). It was found that all types of N-GQDs absorbed light in the UV range, withT4 showing the greatest absorption. T4 had the greatest Fluorescent Intensity (FL) value, emitting blue light, while for the solvothermal method TS6 had the highest FL value, emitting red light. T4 and TS6 were chosen for further testing, and were applied to a clear roofing tile. After installing the roof on the chamber, the temperature inside was higher than outside. Then we measure the UV protection efficiency of the roof which was 93.27%. The average temperature was 45℃, which is the temperature for drying rubber sheets. Due to the roof’s capability to absorb UV radiation and heat the chamber, our N-GQDs roof has a great ability to produce higher-quality rubber sheets.

星系的碰撞機制屬星系演化中非常重要的過程，目前研究多以星系質量比、速度等變因如何影響碰撞後星系性質為主。而本研究認為星系旋轉軸角也是影響星系碰撞的重要因素之一，故以SPH模擬螺旋星系旋轉軸角度對星系碰撞結果的影響。分別模擬以角度單變因，以及搭配其他參數之多變因情形。 根據模擬結果，發現兩初始星系在直接碰撞（撞擊參數等於零）時，若以碰撞角、初始角差異近似於0度以及180度時搭配高速低值量比進行碰撞，較能形成低核盤比的橢圓星系。間接碰撞時，若旋轉軸貼近速度軸、兩初始旋轉軸夾角小，以及初始盤面平行等情形下，較能形成低核盤比的螺旋星系。 本研究也發現碰撞後星系長軸分佈聚集於0與180度區域，可用來探討橢圓星系軸向問題。最後，本研究以核盤比作為新式星系碰撞分類標準，建立螺旋星系演化機制的參考。

阿緹米絲(月神)所代表的月球自古就是人們關心的對象，本研究的主題就是探究月球在天空複雜又多變的軌跡。一開始我們研究月亮盤，在給定農曆日期及觀察時間後，月亮盤就能知道月球大概方位，可是沒有正確的方位角及仰角。接著我們利用氣象局網站月出、月中天、月沒資料進行研究，發現月球軌跡在天空中南北方向約有27.3天的變化週期(而太陽軌跡有365.25天的週期)，太陽、月球兩者的軌跡就像在天空南北方向作簡諧運動，只是振幅和週期不同。再來我們利用天文年鑑列出的月球的位置資料，歸納出月球黃經、黃緯的計算公式，可計算出月球在天空的位置，最後我們找出用太陽、月球的黃緯、黃經相交範圍及作圖法來預測日月食的發生。