三等獎

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。

本研究將離心力的概念導入變速機構中，設計—機械式自行車自動變速器，以達成自動變速的目的。在自行車變速系統中加上配重、凸輪和槓桿組合成一離心機構。從初步的機構模型實驗後得知，車輪轉速變快，配重承受到的離心力越大，配重的位置改變去推動凸輪帶動變速器作動，將鏈條推向小齒輪方向，變速到較高的檔位，踏板變重，避免發生速度過快而踩空的情況，反之當車輪轉速變慢，配重因承受離心力降低而被推回靠近軸心的位置，凸輪跟著被推回，變速器將鏈條拉向大齒輪，進而變速到較低的檔位，達到離心力驅動變速的效果。道路騎乘實驗中可知，裝有離心自動變速機構的自行車，在上坡時能依據踏板速度降低檔位，讓騎乘者可輕鬆完成上坡工作；下坡時則會變速到較高檔位，避免發生踩空情況；平地加速時，檔位也會處於較重檔位，達到準確變速輕鬆騎乘的目的。

有一數列從1開始，下一項為前一項個別數字乘以m，其中m為一正整數，2≦m≦10，將此定義為乘m數列，本文以兩大部分來架構出乘二數列及乘五數列的性質，討論數列的區塊結構，進而判斷數字是否為乘二數列或者乘五數列的其中一項。接著再進入針對位數規律的討論：依照乘m數列的規律，讓人聯想到可以透過其位數的有向圖D(directed graph)與鄰接矩陣A(Adjacency matrix)進行轉換，再利用矩陣計算來求證遞迴關係式，進而求出生成函數和特徵方程式，最終獲得乘二數列及乘五數列的位數估計函數，以解決原先獲知此種數列時伴隨之相關問題。研究的最後發展出乘二數列及乘五數列之間的連結，加入了與乘二、乘五、乘十的規則的關係。未來希望能研究其他乘m數列並發展出共通性。

哺乳類的內皮素(endothelin-1 ; EDN1)與其受體endothelin receptor B己知可共同參與腎臟排酸功能之調節，在魚類的表現上，亦有研究指出EDN1會影響到斑馬魚的排酸。本研究中以廣鹽性魚種稻田魚(Oryzias latipes)仔魚為實驗對象，經6小時以上時間酸處理後其體表排酸量皆顯著增強，且經6小時酸處理後，仔魚rhcg1及內皮素受體EDNRA2的基因表現量也顯著增加，並發現當弱化(knockdown)仔魚的endothelin-1基因後，其體表排酸量顯著下降，證實endothelin-1對仔魚排酸作用有直接的影響。而當仔魚endothelin-1的基因表現被抑制後，其離子細胞密度以及離子通道蛋白基因表現不受影響，推測內皮素並非以增加離子細胞的方式影響排酸，而是藉由轉譯後調控途徑，使其排酸功能增強。另外本研究中再將6小時及7天酸處理實驗結果比對後，推測當稻田魚仔魚面臨短期或長期酸環境刺激時，內皮素調節機制亦略有不同。

由於人工合成的化學材料在包覆藥物進行人體醫療測試時，不可分解性會帶來體內累積的毒性，搜尋各類化合物的結構後，發現核酸上的含氮鹼基具有一級胺結構，可和天然交聯劑京尼平或DTSSP進行反應，因此，本研究抽取水果的核酸進行實驗，利用界面活性劑乳化的過程中將阿黴素(DOX)，包覆進入交聯後的核酸水膠，穿透式顯微鏡的結果顯示交聯後的水膠結構是球狀，平均粒徑大約是120奈米，核酸本身帶負電，水膠有包覆藥物的界面電位稍微減少負電，利用人類正常肺上皮細胞進行水膠共同培養，2毫克/毫升的水膠溶液在連續培養48小時後，並不會造成細胞死亡，奈米水膠在pH值5.5釋放DOX的量比pH值7.4還要高出27%，有奈米水膠包覆DOX的情況下，更能有效率進入癌細胞內與引起癌細胞毒性，本水果核酸製成的奈米水膠在生物體可分解的無毒包覆材料上，於未來可提供一個新的藥物載體參考。

本研究的方向是利用聚苯乙烯磺酸鈣(PSS)、硫醇小分子(PA)、銅離子(Cu2+)和金離子(Au3+)於最佳比例下合成的穩定金銅奈米團簇，分析此穩定、具有響應性之金銅奈米團簇並探討此系統用於過氧化氫以及葡萄糖偵測的效果，確認最佳合成比例(也就是改變PA、Cu2+、Au3+的比例)、分析特性(螢光強度、奈米團簇大小、團簇溶液分散性、有無加入PSS之影響)後，探討偵測待分析物的效果。以葡萄糖為例，加入葡萄糖氧化酶後，製造出葡萄糖酸及過氧化氫，就能藉由過氧化氫改變團簇表面特性，使螢光強度減弱來進行間接偵測葡萄糖濃度。最後藉由此金銅奈米團簇做為偵測試劑於真實樣品中進行過氧化氫與葡萄糖之偵測並探討其效果。

我們成功利用點擊化學(Click Chemistry)合成出C1、C2、C3三個含有三唑(triazole)的化合物，三者的共同特色是具有對稱特性的超分子結構，C2、C3會自組裝成網狀結構並與有機溶劑形成超分子有機凝膠；經由實驗我們以成膠能力最佳的C3作為後續實驗主要研究對象。我們研究的內容包含基本物化性以及周圍環境對凝膠形成的影響，發現溫度、溶劑、濃度都會影響其聚集形貌。而我們對其分子間的作用力進行研究，得知主要以π-π堆疊、氫鍵及凡得瓦力等非共價鍵作用力維繫分子的結構。另外我們發現C3分子在凝膠態與薄膜態放光增強的效應，推測此分子具有AIE 效應(聚集誘發螢光增強)。最後，我們根據實驗結果，推導出C3分子形成凝膠的機制。

As our planet suffers the effects of climate change, it is only a matter of time before society will have to centre all aspects of development around sustainability. In the past, clean solutions for transportation have been dismissed due to the higher cost, and lower efficiency than fossil fuels. However, in the past few decades, there has been a steep decline in solar module cost, and and a steady climb towards higher efficiency. From my findings in this project, I have concluded that we are now at a point where we can embrace the clean, renewable potential which our sun offers. I have created and tested a proof-of concept electric vehicle (Solar EV), which can run indefinitely during daylight hours, provided sunny conditions. There are several mechanical features of my project which highlight the potential that renewable energy in transportation can have. Firstly the vehicle’s 500W motor is powered by 3 100W solar modules, and 3 50W modules, for a total of 450W or power generation. This means that when driving at anything less than 90% throttle, the Solar EV can run continuously without needing to stop to charge or refuel. Another design mechanism installed in the vehicle are three 12V lead acid batteries. These batteries allow the Solar EV to be powered for over 1.5 hours, which is useful during cloudy conditions, night, and most importantly, when driving through areas of shade. A unique efficiency component designed into my vehicle is the linear actuator I installed into the module racking system. This design element allows the tilt of the modules to be altered, to maximize the efficiency of the solar module array. At early or late hours of the day, it can be heavily tilted with the press toggle switch, or kept at a relatively flat level when the sun is the highest in the sky. I ran a series of trials to figure out whether or not the theoretical data matches up with the experimental results. After my series of trials, the bike was yet to run out of power. The solar vehicle reaches speeds up to 32 km/h, however comfortably glides at around 25 km/h. The linear actuator I installed allows the solar modules’ tilt to change . During different times of day or year, the sun is at different heights in the sky, however it is very important to maximize the solar potential. With the press of a switch, the module can be actuated to account for this. Lastly, regenerative braking captures the energy from braking. Using the reversible nature of a DC motor with a specialized motor controller responding to feedback from the brake actuators allows the vehicle to reuse energy that would otherwise be wasted as heat.

近幾年已進入太陽模組退役的高峰期，比較現行主要回收方法，在乙烯/醋酸乙烯酯(EVA)處理過程中會產生危害環境物質，因此研究低毒性、易處理的EVA移除技術，減低環境負擔，是值得開發的技術。研究以上層利用高溫燒斷交聯鍵結，失去交聯的EVA再以二甲苯溶解；下層使用鹽酸輔助水分子與EVA碰撞，破壞聚合單體間的鍵結。水解的過程中產生的溶液，則根據離子特性以沉澱、氧化還原鑑定，以利規劃完整回收再利用。 破壞上層交聯結構所需鍛燒兩次各200℃、1.5小時，再置入二甲苯中震盪2小時，同時可去除背板。水解最佳條件為90℃、10M的鹽酸，在裂隙越多的模組效果越快。使用後的鹽酸中，必定有鋁、鎳離子釋出，導線破損還會溶出銅。依模組狀態分為較完整與破碎，破碎模組水解下層，輔助歐盟回收法；較完整的模組先破壞上層。水解時，產生的鹽酸溶液則利用離子交換樹脂處理，回收並減少二次傷害環境。

一般日常使用的電池雖是重要的供電來源，但在使用後也產生了許多的廢電池，造成環境汙染的問題。本實驗探討回收廢電池製成空氣電池的可行性，所謂的空氣電池是以空氣發電的一種電池，其負極為金屬，正極則是直接使用空氣中的氧氣。我們知道廢電池中所包含鋅殼、碳棒以及黑色粉末，其中黑色粉末內含有氧化錳與電解質，而電解質可溶於水，於是我們將其泡水過濾分離出氧化錳，然後將碳棒搗碎與得到的氧化錳混和製成正極。而鋅殼可作為負極。運用以上處理方法，我們成功的處理掉廢電池中大部分的廢棄物。 效能的研究方面我們改變了4個變因： 1. 正極反應物之碳與氧化錳的比例 2. 加熱純化氧化錳的溫度 3. 以不同金屬製成一次性電池 4. 改變電解液種類與濃度 分別得到以下的結果： 1. 碳粉0.8g加氧化錳1.2g時的反應最佳 2. 以300°C加熱可產生最多的二氧化錳讓反應較佳 3. 鋅可放電最久，高達19小時 4. 6MKOH中可產生最好的效能 此次實驗利用簡單的處理加工，將原本的廢棄物轉變成可以再次使用的能源，把這個技術做到最好，就是所謂的「循環材料高值化技術」。如果能夠擴大生產技術及回收流程成的速度，便可以發展成一個綠色能源。