全國中小學科展

四等獎

合成二硫化鉬為基材之氣凝膠吸附環境毒性之含硫分子

由於經濟需求,人們對於農藥的使用量增加,若善後工作處理不當,易使汙染落入環境中,造成生態汙染及食安疑慮,因此本研究製作二硫化鉬奈米片作為選擇性的二維吸附材料,在過程中產生結構上的缺陷,進行化學反應吸附環境中的毒性硫化物。並使其摻混於氣凝膠中,應用於水溶液中去除常見的農藥—得恩地。 透過合成以二硫化鉬為基材的氣凝膠,在定溫定壓及pH值範圍恆定的前提下,我們分別以吸附時間、起始濃度作為操作變因,研究其奈米級二維材料與其氣凝膠之移除率、最大吸附量和恆溫吸附模式,並與活性碳比較後,發現二硫化鉬奈米片具有特異性之有效吸附,氣凝膠易於回收並可增進其吸附量之優勢,進而達到去除汙染物的目的。

搖頭擺尾 離子尾波形週期變化分析與原因探討

彗星離子尾受太陽風吹拂後,使其帶電粒子受力而改變噴發後的離子尾軌跡。C/2021 A1 Leonard的影像就可明顯看出它具有波狀的離子尾。我們透過影像軟體擷取彗尾影像的座標並將其代入分析軟體。依序分析2021年12月21日、12月31日與2022年01月02日的彗尾結構,利用不同的波函數擬合彗尾形狀並扣除擬合線,嘗試找出不同的彗尾結構是否具有相同週期或非週期的特徵。同一天內的不同離子尾去除穩定與漸進變化的週期後,發現具有相似形狀的變化區,應該為共同影響的非週期性因素,這個影響因素可能為太陽風的各種物理量(如:風速、磁場強度、質子密度等)。接著利用星圖軟體和數學幾何軟體推算出彗尾與其波結構的實際長度,並與太陽風資料互相比對。將三天的太陽風磁場南北分量(Bz)與各自的最後分析圖進行對照,發現兩者有高度相關性,推論太陽風磁場南北分量(Bz)的非週期變動是影響彗星離子尾不規則變化起伏的主因。

探討線蟲於線蟲捕捉菌獵食壓力下之適應性

獵食關係(predator-prey interaction)普遍存在於自然界中,本研究欲以線蟲與線蟲捕捉菌(nematode trapping fungi, NTF)做為探討獵食關係的分子模型,進一步了解獵食者與獵物的共同演化關係。依此,本研究設計了適性實驗以了解線蟲在線蟲捕捉菌獵食壓力下,其母體或子代行為與適應性變化。本研究發現,當暴露於線蟲捕捉菌所分泌的吸引性氣味分子MMB,線蟲會降低其生長速率;而線蟲在被線蟲捕捉菌捕捉後,子代對線蟲捕捉菌與MMB之趨化性顯著降低,並可能透過piRNA路徑遺傳此行為改變,影響三個世代,藉此增加族群的適應性。本研究未來會進一步了解線蟲適應行為改變的分子機制,並希望能藉此系統增進對獵食者-獵物交互作用的了解。

利用qRT-PCR探討塑膠微粒對中華擬同型蚤生長和生殖機制的影響

隨著科技的進步,塑膠產品逐漸在全球遍布,甚至造成許多的環境汙染,其中看似消失的塑膠,其實已被分解為非肉眼可見的塑膠微粒,並且正在影響整個生態,並且在最底層的生物體內累積,透過生物放大作用不停的向生物鏈頂層增加。 探討塑膠微粒與中華擬同型蚤生長和生殖機制的影響。延伸對生殖機制、內分泌系統的影響,產生冬卵的特性,以及與體長、生長抑制、延後抱卵的關係。期望可以透過研究成果類推至生態系中的其他生物,例如魚類、鳥類和人類,進而發展成生物鏈之累積和影響。

鑑色~藍染動力進行式

傳統藍染,染個深藍色的布,需要反覆侵染二、三十次才行,而每一次洗滌,都是藍水會對環境污染!我們自製鑑色儀器的設計,以白光照射吸光儀,讓光敏電阻感光後,測量一般電阻電壓大小,以不同濃度製作檢量線比較染液濃度;染布鑑色儀則是以GY-33顏色感測器校正後,快速測出色布上同樣區塊面積的RGB值,再利用線上顏色代碼轉換工具,轉換成HSB 值來分析染布顏色。而染布動力的部份我們想把一直都是用塑膠積木製作的二~六槳水車更新成金屬,然後再次比較出不同水位負載物的氧化及還原轉速,希望能找出最佳水車運轉速率及水位高度比,為了因應長度較大的藍巾,水車轉動還加入程式控制順逆轉軸的動力輪替。最後,我們比較增加風速或溫度可否加速藍染氧化之定色,讓精準快速的藍染文化成為可能。

雙圓記-探究共邊三角形的外接圓 Journey of two circles -Inquiry of two triangles with common side.

這是一個歷時兩年半鑽研兩共邊三角形外接圓各種有趣關係的探究之旅,透過GeoGebra的輔助,經由(1)觀察圖形及數據形成猜想(2)幾何論證猜想為真的探究歷程。 我們首先探討兩共邊三角形外接圓的圓心位置、半徑、半徑和及連心線的關係,發現並證明出等腰三角形中圓心位置具特殊性、兩外接圓半徑和R1+R2與連心線─O1O2的長度都跟動點D的x坐標呈現函數關係且圖形為雙曲線的一支;據此討論出兩外接圓面積和與原三角形外接圓面積關係,同時發現∆AO1O2~∆ABC且AO1OO2四點共圓。在研究連心線時也發現,當動點D移動時,─O1O2的中點形成一條直線;每條連心線皆與以頂點A為焦點,(BC) ⃡為準線的拋物線相切。最後得出若任意∆ABC的頂點A到─BC的距離相等,連心線─O1O2所包絡出的拋物線皆全等。

DIVE&CLEAN - Intervention Possible

The DIVE&CLEAN project is an educational and innovative initiative aimed at addressing a significant environmental challenge: marine pollution. With oceans covering over 70% of the Earth’s surface and providing a home to 50–80% of life on the planet, their health is critical. However, marine ecosystems are under threat due to plastic pollution, which impacts wildlife, coastal communities, and global biodiversity. This project centers around the idea of introducing underwater trash bins, especially in areas frequented by recreational divers. While most divers explore the seas without specific tools to collect trash, they could contribute significantly with the right infrastructure. The vision of DIVE&CLEAN is to inspire behavioral change, encourage collaboration, and promote actionable solutions to reduce ocean pollution. Using interactive robotics and storytelling, the project tells the story of divers rescuing animals entangled in plastic and collecting trash from the ocean floor using underwater bins. Through creative performances, it seeks to educate and motivate individuals, resorts, and authorities to adopt sustainable practices.

PBC~ A home-use detection device for brain tumors that compress the brain stem and optic nerve

腦部腫瘤是沉默殺手, 藏匿在腦中數十年。 一旦發作,通常都會造成巨大的影響。雖有數種高階儀器,可以檢測。但檢測過程繁複、 等待時間以及價格, 對於民眾都是不小的負擔。 腦部腫瘤的診斷方式為: 神經內、 外醫生會用筆燈對患者做初步的瞳孔光反應檢查。 藉由患者瞳孔縮小的速率,判斷是否要安排進階的檢查。但此行為仰賴醫生的經驗,沒有統一的方法及數據可供判斷。 本研究設計一款成本約$1,300 元, 重量僅 159 g,圓柱直徑與柱高皆約為 7cm 的隨身裝置。 藉由 MCU 控制攝影機, 頂部 1.44 吋 TFT 螢幕可即時顯示患者眼部狀態,檢查結果計算後, 也會立即顯示在螢幕上。除提供醫護人員即時數據化的解讀患者狀態。更協助醫護人員在做瞳孔光刺激檢查時,有科學化的標準。

以繞射光柵進行建物震動測量之探討

本研究利用光柵繞射原理,結合慣性振盪之單擺,探究震動造成繞射光點間距變化關係,以光點振幅測量震動,建立以光學繞射變動結果顯示結構震動之響應關係。先確定光柵片旋轉、擺角改變對於繞射光點位置偏移,並以GeoGebra軟體分析函數關係,接著測量實際結構震動之加速度與光柵繞射光點位置的動態變化關係,藉此分析地震造成建物擺動時,光柵繞射光點間距變動的關係與趨勢函數,並由訊號反應建立結構震動之繞射光點振幅變動的響應關係。以標準震動訊號產生平台,量化之振動訊號強度,測量出本研究裝置在二維平面之地震訊號測量之表現,獲得二維震動訊號方向分量之關係。並以OBSPY程式分析裝置所測量之震動頻譜圖,確認繞射光點振幅變動可顯示地震訊號之特徵頻譜,更進一步採用Python開發繞射光斑即時影像追蹤軟體,成功透過裝置分析環境的震動響應。未來希望能微小化裝置,以監測建物震動,作為區域範圍測量地震對建物影響之發展基礎。

Application of Carbon Aerogels in Lithium-Air Batteries

One of the main challenges with today’s batteries is their relatively low volumetric and specific capacities. The highest specific capacity can be achieved with lithium-air batteries, which use metallic lithium as the anode and typically some form of porous carbon as the cathode. To enhance performance, aerogels—among the world’s lightest solid materials—are ideal candidates for cathodes. Resorcinol-formaldehyde (RF)-based carbon aerogels, for example, serve this purpose well. In my work, I utilized two types of carbon aerogels as cathode materials: one derived from pyrolyzed resorcinol-formaldehyde polymer and the other a graphene-oxide-modified version of this carbon gel. I integrated the carbon aerogels I had pyrolyzed into lithium-air batteries to improve the cell’s performance, energy density, and capacity compared to cells using activated carbon. In my research, I examined the pore structure and surface properties of these materials in aqueous media using NMR (nuclear magnetic resonance) relaxometry and cryoporometry, exploring their impact on battery efficiency. I found that the graphene-oxide-containing sample's pores filled with water in a layered manner, indicating a more hydrophilic surface, which suggests a denser arrangement of oxygen-containing functional groups compared to the unmodified carbon aerogel. The pore sizes were reduced after adding graphene oxide, resulting in an increased specific surface area for the sample. Incorporating the reduced graphene-oxide-containing carbon aerogel enabled the creation of a more efficient, higher-capacity battery than with the RF carbon aerogel. This improved performance is likely due to the aerogel’s higher oxygen content and altered morphology. The increased oxygen content provides more active sites for oxygen reduction, meaning that a greater specific power output can be obtained from the battery.