全國中小學科展

三等獎

Bifunctional Nanostructured TiO2 photoelectrocatalyst for Improving Overall Water splitting performance

Titanium dioxide TiO2 is a semiconductor, that has great chemical and physical properties, such as remarkable resistance against corrosion, chemical stability, and it’s a non-toxic material. Due to these properties, it rises as an excellent candidate for a wide range of different applications, such as being a popular material for solar cells, paints, cosmetics, energy storge devices, and water splitting. For photoelectrochemical water splitting to generate Hydrogen, a large surface area is essential, to be maximized to enhance photocatalytic redox processes and hence improve overall efficiency. Therefore, different methods have been utilized to fabricate TiO2 nanotubular structure. However, they either encounter a difficult process because of a long synthesis time or the need of expensive precursors. In our work, we demonstrated a study of enhancing 1 D TiO2 film to perform as a bifunctional catalyst (works as cathode and anode). As it is known that TiO2 is kinetically hampered as cathode for producing hydrogen from water, this is due to sluggish electron transfer at the interface between TiO2 and water and the conduction band of the TiO2, which is more negative than H+/H2. To tackle this problem, TiO2 film should be modified. In this work, we modified the TiO2 as bifunctional by investigating different parameters in detail, like the anodic oxidation solution content, anodic oxidation time, and the role of the polyethylene glycol chain. Electrochemical characterization and SEM, and XPS were utilized to prevent the nanotubes structure and to confirm the chemical bonding as well as investigating the physical properties such as resistance and electron kinetic mobility.

探討手性有機硒催化劑合成與性質

研究指出⼿性有機硫催化劑能催化反應合成出⾼立體選擇性的產物,並有相關的研究指出以同族的硒取代⽽成的催化劑也有類似的性質,我們好奇兩者之間催化能⼒的差異處。本研究探討⼿性有機硒催化劑THSeOBn的合成,並將其應用催化形成氮環丙烷化物及環氧化物以探討其性質。本研究發現相較⼿性有機硫催化劑THTOBn催化,其催化形成氮環丙烷反應的dr 值及反應速率皆有顯著的上升,但其催化形成環氧化物的反應儘管反應速率有上升,但是dr值卻下降。最後本研究提出了關於THSeOBn催化形成氮環丙烷及環氧化物的反應機構。

磁懸浮裝置探究及相關參數之探討

本研究主要以磁懸浮為主題,嘗試利用單顆磁鐵及銅板組成的系統使銅板上方的磁鐵得以懸浮 ,並觀察分析其懸浮狀況與上方磁鐵的姿態。過程中量測了銅板對磁鐵造成的阻力以及下方磁鐵連接在轉盤旋轉時銅板上方的磁場大小與各種參數的關係。本研究主要針對轉盤轉速及銅板厚度作為變因,量測分析了在不同參數組合之下上方磁鐵的移動半徑、傾斜角度、面向方向以及其懸浮狀況。由於目前技術尚未突破至能使上方磁鐵穩定懸浮,因此定義了懸浮係數以說明磁鐵懸浮狀況。最後求出了銅板造成的阻力與磁鐵本身移動速度以及銅板厚度的關係式、磁場強度與轉盤中心距離與銅板厚度或轉速的關係、並以相圖描述了不同參數之下上方磁鐵的懸浮狀況。

區域水流流場3D重建系統的探討與應用 Discussion and Application of 3D Reconstruction System for Regional Water Flow Fields

本研究透過JY61P六軸加速度陀螺儀與ESP-32S控制板,製作出球形水流流場監測模組,藉由Unity 3D軟體與C#程式編寫,擬合出水域的水流狀況,再搭配空拍圖與水域深度探測,進行水域模型的建立。在沙崙海水浴場水流模型,發現當水流由西南方進入模型時沿岸流會順著海岸線流入鳥喙地形,與本研究模擬出的水流流場相符,確認所設計之區域水流流場3D重建系統的可行性與準確性。若將水流流場監測模組連接GPS浮標,可方便回收監測模組並輔助水流流場監測,能探測更深、更廣的未知水域流場。 本研究建立的區域水流流場3D重建系統,可廣泛應用在未知水域的模型建立,發揮預警功能。在青山瀑布水流流場監測實驗中,發現在瀑布水潭中,不同的深度有不同的水流差異產生;且在不同位置可能會有斷層式的地形高低變化,因此在未知水域活動時,應注意水域環境狀況以確保自身安全。

為視障者開發之學習輔助平台:結合Image-to-3D AI 模型之可觸式三維擴增實境顯示器與個人化之檢索增強生成(RAG)自然文字系統

全球約有9千萬的兒童是視障者,他們的學習依賴著點字器材。點字書難以傳達3D (三維)圖形的概念,讓他們在理解3D圖形有許多挑戰,而點字書過長的文字描述加大了他們與正常同儕之間的差距。本研究旨在開發一個學習輔助平臺,同時強化視障者的觸覺認知和文字圖形理解能力。 在強化觸覺認知方面,開發之系統能將傳統的圖片,利用影像轉3D之人工智慧建模(Image-to-3D AI model)技術,轉換圖片轉為3D,呈現在開發的擴增實境顯示器上,讓視障者能夠親身透過觸摸立體顯示器之3D模型,瞭解圖片表達的空間結構。在文字優化方面,利用微調大型語言模型與搜索式強化生成等方法,優化視障者閱讀之內容。系統開發過程中,二位視障者進行體驗,持續以修正系統設計的便利性、友善性與有效性。 本研究成果為視障者帶來新式個人化的學習輔助工具,增強視障者對立體圖形學習能力與文字理解。

Wibrazz

Wibrazz is a wearable communication tool that allows the teacher, the therapist, the parent to communicate information to the child remotely using the device. Haptic (vibrationbased) feedback is becoming increasingly important in everyday life. A vibrating device that transmits information through clothing can help people with disabilities who have no or limited sensory use to live an integrated life in society without barriers.

氣候與地質條件驅動的臺灣紅樹林與鹽沼碳封存

本研究以臺灣新竹縣的新豐紅樹林與臺中市的高美溼地,分別作為臺灣紅樹林與鹽沼的代表。經過元素分析、粒徑分析及密度分析之後,比較臺灣紅樹林與鹽沼兩個藍碳系統的碳封存能力差異及和國外相關研究間的差異性。本研究發現,採樣地距海越近,有機碳佔底土比例越高;粒徑較小的沉積物顆粒,較可能儲存更多有機碳;並藉此得出了藍碳相關研究受地理環境影響很大的結論。各採樣地樣本的活性有機碳(LOC)比例多大於難降解有機碳(ROC)比例,可能是由於臺灣的藍碳系統缺乏河川穩定供應有機物,又受到年齡與氣候條件的影響,其中儲存的ROC在總有機碳(TOC)中所占的比例不高,因此不適合長期儲存有機碳,卻很可能在幾十年內快速形成一個新的碳匯系統。

探討果蠅神經膠細胞核的遷移機制

細胞核是真核細胞內最大且至關重要的細胞結構之一。其具體位置在各種細胞中可能有所不同。為了深入了解細胞核位置對於細胞功能的影響,我們選擇以果蠅幼蟲眼疊為研究對象,探究細胞核在神經系統發育過程中所扮演的角色。神經系統在生物體中扮演著極為關鍵的角色,包括神經元和神經膠細胞。如果失去神經膠細胞,將導致神經退化或死亡。在我們的研究中發現,神經膠細胞核在其發育過程中會發生大規模的內部移動。為了限制神經膠細胞核的移動,我們利用了果蠅作為研究動物,並應用了果蠅常用的 GAL4-UAS系統和GrabFP技術,這使得我們能夠限制神經膠細胞內細胞核的移動。我們的實驗成功證明,限制神經膠細胞核的移動會影響神經細胞的軸突發育,但不會影響神經細胞 R1-R8 聚叢的發育。未來,我們計劃將 GrabFP 技術應用於研究不同胞器在細胞內相對位置對其功能的影響。

「旋」機妙策—探討颱風與季風互動之螺旋式風場變化

本研究主旨是在探討颱風與季風互動對颱風風場不對稱性變化的影響,分析了2013至2024年9月期間的颱風數據,結果顯示,季風是影響颱風風場形狀的關鍵因素。在東亞特有的季風氣候中,84%的颱風受到季風共伴的影響,我們發現,在季風共伴下,颱風的七級風場會呈現螺旋形,東北季風影響下多呈「6」形,西南季風影響下多呈「9」形,這些形狀可用「等角螺線」來描述,對於季風影響不明顯的颱風,風場形狀則更接近橢圓。我們進一步計算集合重合率以驗證形狀描述的準確性。 此外,本研究將颱風生活史的流型演變分為五類,結果顯示,環境條件相似的颱風,在流型變化上具有相似性。我們還利用颱風氣流場裝置模擬颱風風場,測量風速和風向,深入探討環境風場對颱風不對稱性的影響。

Wibrazz

Wibrazz is a wearable communication tool that allows the teacher, the therapist, the parent to communicate information to the child remotely using the device. Haptic (vibrationbased) feedback is becoming increasingly important in everyday life. A vibrating device that transmits information through clothing can help people with disabilities who have no or limited sensory use to live an integrated life in society without barriers.