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三等獎

PVA unveiled the actual role of starch in the Briggs-Rauscher reaction

The Briggs Rauscher reaction (BR reaction) is one of the famous oscillating reactions; the aqueous mixture of KIO3, H2SO4, H2O2, C3H4O4, MnSO4, and starch exhibit color change between yellow and blue-purple repeatedly. The blue-purple color formation is due to the iodine test reaction caused by inclusions of polyiodides such as I3- and I5- in the helical structure of starch. Therefore, starch has been regarded as only an indicator in the BR reaction. But our seniors have found that the oscillation did not last without starch. They hypothesized that starch’s linear helical framework is necessary to elongate the lifetime of the oscillating reaction. If this hypothesis is correct, similar BR-type oscillations must be observed when other polymers with helical structures are used instead of starch. We found the literature which reports that polyvinyl alcohol (PVA) forms a helical structure and indicates the iodine test reaction. In our research, we studied the BR reactions using PVA, with different saponification degrees and viscosities. First, we studied the correlation between the structural features of PVA and the iodine color reaction by spectroscopic approach, exhibiting that PVA with low saponification form helical structures and show the iodine color reactions, which gives red color solutions. Second, we found that additions of the helical-structured PVA to the reaction solution instead of starch induces the BR-type oscillating reactions, while PVA without helical structure induces only a few numbers of oscillations. This is the world-first example of the oscillating reaction using PVA. The oscillation that lasted for 6 minutes with 23 oscillations was almost the same as that of the general BR reaction using starch. We concluded that the polymers with helical structures are intrinsic to elongate the lifetime of the BR reaction. Furthermore, we found that the addition of K3[Fe(CN)6], which has a high redox activity, in the reaction solution with PVA drastically elongated the lifetime (50 min) and increased the numbers of the oscillations (nearly 100 times). This result suggests that the oxidation-reduction reactions by the ferricyanide ion promotes the redox process of iodine and iodide ions.

正三角形的最小拼接

眾所周知,「如何使用三種不同邊長的正三角形,去拼出邊長最小的正三角形?」這個問題是困難的。本文限縮在分層或拼接的拼法下,探討此問題,並得到了答案。解決過程中牽涉到正整數解的存在性問題──如何找最小的正整數z,使得方程式ax+by=cz有正整數解,其中a、b、c為三種正三角形的邊長。

偵測注音文密碼強度之研究

密碼為我們生活中常見的一項工具,它可以為我們保護我們的隱私,以免受到別人侵犯,但也同時間出現許多問題,例如:若密碼太過單純會使密碼的功能失去意義,讓其他人可以輕易存取使用者的資料。 在臺灣,注音文密碼是十分常用的密碼,因為它乍看像亂碼,其實有一定的規律存在,而這些密碼,卻容易被判斷為安全的密碼,因此,我們希望可以將這個問題改善。 在研究中,我們先研究密碼強弱,再探討注音文密碼中在一般密碼中的比例,最後達成我們希望的目標—寫出一個可以偵測加入注音文策略的程式。在研究中,我們亦討論各個密碼演算法的優點及缺點,以找出可以最準確判斷的程式,並在研究的最後,提出可以將這套方法擴充至其他語言或是輸入法的可能性。

正n邊形內接正四邊形之探討

本篇將探討在正n邊形中的內接正四邊形,即此正四邊形的四個頂點分別位於正n邊形的四個不同邊上。我們將正n邊形依邊長數分為n=4k、4k+1、4k+2、4k+3,透過電腦繪圖、尺規作圖法及公式驗證,得到以下結論:正n(n=4k)邊形有無限多個共中心內接正四邊形,而其餘正n邊形中,皆只有一個(本篇中圖形經過旋轉對稱後,大小、位置相同者為全等,則視為 "同一個")內接正四邊形,且在n=4k+2時,內接正四邊形必和正n邊形共中心;n=4k+1或4k+3時,內接正四邊形必不和正n邊形共中心,但內接正四邊形之中心必在正n邊形的一對稱軸上。最後我們提供一個能在所有的正n邊形畫出內接正四邊形的尺規作圖法。

發光基團與巴克球作為二氧化碳還原光觸媒之研究

本研究使用巴克球C60或巴克球衍生物PC61BM作為主催化劑,發光基團DTBT作為副催化劑,製成混摻催化劑並調控各種變因,進行光催化二氧化碳還原反應,期許能設計催化效果最佳之有機光觸媒,達到開發再生能源與減緩溫室效應之目標,甚至應用於殺菌與分解汙染物等其他方面。 利用氣相層析儀進行二氧化碳還原產物之定性及定量分析,目前產物以一氧化碳為主、甲烷為輔,主、副催化劑混摻之產率優於單一催化劑,主催化劑選用PC61BM優於選用C60,DTBT與PC61BM混摻莫耳比為1:1時一氧化碳的產率最佳,而莫耳比為2:1時甲烷產率較佳。若在反應瓶中添加氫氣或增加水量,皆有助於提高甲烷的產率。在製程中添加奈米銀製成三元混摻元件,可大幅提升產率,是未來研究方向。

探討吸菸調控絲胺酸合成路徑影響肺癌生長及抗藥性

肺癌為全球死亡率最高的癌別之一。抽菸,肺癌的主要危險因子,臨床上造成抗癌藥效不佳並導致病患的低存活率與不良預後。然而,抽菸影響肺癌的機制仍不清楚。代謝重整最近被視為是癌症的新興特點。絲胺酸合成路徑為葡萄糖代謝的分支之一,參與生物合成材料之製造,並和癌症的惡化有密切的關連性,但缺乏詳細的相關研究。本研究探討抽菸是否透過影響絲胺酸合成路徑來導致肺癌生長,並測試絲胺酸合成路徑抑制劑是否能增強化療藥物吸菸相關肺癌細胞的治療效果。我們的研究發現,抽菸和絲胺酸合成路徑在肺癌中有正相關性且與臨床上的低存活率有關,並證實抽菸調控絲胺酸合成路徑而促進肺癌生長與化療抗性,此現象可因合併給予絲胺酸合成路徑抑制劑而獲得緩解。此研究成果顯示抑制絲胺酸合成路徑可能成為治療吸菸相關肺癌的新策略。

雙球系統垂直震盪之探討

觀察一置於平面上互相連接之兩鐵球,在給定一初始角速度後會有一球體離開平面產生仰角的現象。本研究探討此現象並提出相關解釋。經由實驗發現系統傾斜角度與系統角速度有顯著的影響,且此傾斜角度亦表現出震盪之特性。透過觀察系統運動模式,更發現現象與圓球系統相關參數有密切關聯,藉由攝影並分析系統各項物理數據,進而推導出牛頓力學與拉格朗日力學理論模型並驗證所設的想法,解釋系統穩定抬起與震盪的現象。

吹氣致冷現象的機制探討

人們在日常生活中總會察覺,當以嘴巴對著皮膚快速吹氣時,皮膚表面會覺涼涼的;但若是張口緩緩哈氣,則皮膚表面卻會感覺溫熱。為了量化這個現象的成因,作者先以口腔實際吹氣來進行初步的測量與研究,接著以自製器材模擬口腔吹氣的情況來操作實驗。我們探討了吹氣時不同的出口風速、不同的口腔氣溫及環境溫度的條件之下,目標物表面的溫度變化。這個現象會涉及氣體的膨脹降溫,以及氣流抵達目標物之前與環境中空氣的混合效應;最後還測量了吹氣時目標物上含水量減少的蒸發降溫幅度。本實驗提供了大量的實驗數據,明確且定量的證明了上述吹氣致冷的主要成因就是「氣流引入」效應,當口腔與手心相距10公分快速吹氣時,抵達手心的氣體中約有95%是環境中原本的空氣,所以皮膚才會感覺冰涼,而「絕熱膨脹」及「蒸發降溫」的影響則都比預期中小了很多。

二元3平衡n字串之排列數探討

本研究旨在探討由0與1組成長度為n的二元字串中滿足000-子字串數和111-子字串數相同(稱為平衡)之排列方法數。我們分成3個部分來探討:一、首先我們利用程式計算二元3平衡n字串和二元3非平衡n字串的個數,並觀察在不同n值下,平衡與非平衡字串個數之規律性;二、接著我們發現非平衡字串個數在000-子字串和111-子字串之差值為一固定形式時,不同長度之字串符合個數會形成一階差數列,我們對此猜測提出證明並嘗試利用此性質推導出二元 3 平衡 n 字串個數之一般式;三、最後探討二元 3 平衡 n 字串個數之成長速度,推論當 n 值極大時,二元 3 平衡 n+1 字串的個數大約為二元 3 平衡 n 字串的個數的2倍。同時,我們也將3平衡推廣至r平衡,提出一些相關的結果。

昆蟲翅膀3D仿生結構應用SERS檢測水污染分子

大家好,我是國立臺灣師範大學附屬高級中學的呂宸昕,目前是高二,在2022醫療科技展中認識了明志科大劉定宇教授,並進入材料工程系的實驗室開始做實驗,看到學長姊處理基材結構的時候,就也決定投入SERS的研究,而我是選用昆蟲翅膀的仿生結構去做實驗,也將初步結果投稿到了國際期刊Polymers並且被接受刊登出來,非常感謝老師和教授協助。