二等獎

在一次偶然的機會中，我們在科學月刊上讀到一篇探討骨牌排列 (Domino Tiling) 問題的文章。文中骨牌排列問題看似單純，但其中卻有許多有趣的性質，因此，我們想對此進行更深入的研究。\r 我們將1x2的骨牌填入特別的方格中，考慮填入的順序並計算其排列情形的數量。由定義的兩個模型SDT(Standard Dominos Tableau) 與「缺一格」的GDT(Good Dominos Tableau) 為基礎，嘗試尋找它們之間的關連性，藉由對應(bijection)的方法，得知在高度的限制為奇數的情況下，SDT與GDT的數量相同，並且，兩者之間的結構有密切關聯。\r 除此之外，在這個研究中，針對SDT在高度不超過三排時，我們建構出了骨牌排列情形與我們架構的「廣義Motkzin路徑」的對應操作流程。接著，我們嘗試探討一般化的SDT與此結果的關聯性，由對應過程的想法，架構出高維度的「廣義Motkzin路徑」，並推測此路徑與SDT之間有緊密的相關性！

氣候暖化是一個地球目前正面臨的一大議題，造成地球暖化的主要原因是長期大量使用的化石性燃料所產生的二氧化碳等溫室氣體因此尋找一個替代性的能源是一個當今十分重要的問題。本研究將可見光光觸媒Bi20TiO32、CuFeO2粉體及鐵絲網懸浮於內照式光觸媒觸媒反應器內，當受激發之光觸媒粉體與鐵絲網發生碰撞，則可使光生電子-電洞經金屬-半導體異相介面傳遞至另一光觸媒之活性位置，藉此有效地分離光生電子-電洞而提高光觸媒水分解之產氫速率。本研究發現，利用此一光生電子-電洞傳遞途徑，在293 K下CuFeO2之光觸媒活性可達8.38 mL H2/min‧g。然而，本研究中光觸媒水分解之產氫速率在沒有氣體壓縮器的協助下，未能有效地驅動質子交換膜燃料電池。本研究亦探討質子交換膜燃料電池之最佳化條件，發現在333 K下，以100 mL/min純氫作為進料，可使質子交換膜燃料電池在0.6 V之操作電壓下，輸出0.78 W之電能。在未來，將本研究發展之光觸媒反應系統與質子交換膜燃料電池結合成光電能轉換系統，則可能夠在日常生活中有效地被運用。

蜜蜂(Apis mellifera) 可以透過視覺經驗的累積與學習，增加辨識影像的正確率，這種透過先前學習過的經驗而增進視覺辨識的能力，與一般所熟知在視覺上是由眼睛將影像訊號傳至大腦進行辨識的過程恰好相反，因此被稱為top-down process。 \r 我們以Y型迷宮進行蜜蜂的行為實驗，制約訓練蜜蜂辨識文字影像。蜜蜂能在訓練後成功地辨識文字，並建立所謂top-down process的現象：無法直接辨識複雜的文字影像→經過提出的簡單影像特徵進行訓練後→能顯著地辨識原來的複雜影像。可見蜜蜂能夠藉由經驗中的提示訊息辨識影像。 \r 若以「提示形狀」、「提示位置」、「提示正確端」及「提示錯誤端」等不同影像特徵進行實驗，則發現蜜蜂會擷取形狀或正確影像的訊息，在記憶中形成較深刻的經驗，增強辨識能力。 \r 蜜蜂能夠辨識文字，且能在短時間內擷取重要的影像特徵，做為執行top-down process的經驗。蜜蜂只用不到1 mm3的腦部處理複雜的視覺訊息，牠們的行為與神經機制值得我們繼續深入探討。

19、20世紀的後期印象派中，點描派為最吸引人的畫派之ㄧ，而喬治‧秀拉(Georges Seurat)即是其畫派之代表人物，因此，設計實驗時以秀拉的畫風為中心。\r 本研究以Photoshop繪圖模仿點描派之作品，?探索物質的本質，選用三原色為混色的原色，來觀察混色後對畫作的效果。研究中，以分析兩亮點之大小、距離與觀測距離的關係來設定點之尺寸，再進一步分析三原色點之觀測距離、比例及三原色點之佈點方式對混色效果之關係做為實驗主軸，並以瑞利準則判斷之。\r 希望藉由本實驗能以物理學的角度瞭解點描畫派之作品，同時，設法將點描畫數位化，並希望找出欣賞點描畫最佳情況，提供賞畫者最好的視覺享受。

本研究希望在數位顯示方面做些改進，利用電腦運算使戶外大型LED看板所使用之能源降到最低，以達到節能減碳。\r 本研究分為兩個部份:\r 第ㄧ部份:以瑞利準則探討亮點間距與觀賞距離之關係。\r 實驗中，以Photoshop繪圖模仿LED燈泡之排列，分析兩亮點之大小、距離與觀測距離的關係來設定點之尺寸，再進一步分析三原色點之觀測距離、比例及三原色點之佈點方式對混色效果之關係，並以瑞利準則判斷之。\r 得到公式如下：\r 自己所繪之點大小/點恰可分辨之最近距離=LED燈之間隔/點恰可分辨之最近距離=0.8mm/1m \r 第二部份:數位顯示—LED。\r 利用第一部份所得知的公式發現：在某ㄧ觀賞距離時，有最佳的影像品質且有最少的用電量。較近時，則影像品質降低；而較遠時，影像品質已無法提昇，而多餘的用電量則可經由實驗省去。藉由本次實驗結果，可利用所編寫之程式計算出在某ㄧ距離下最適合之燈泡尺寸及所省之電量，以達到節能減碳的效果。

聚苯乙烯(S)-聚乙烯(E)-丁二烯-1(B)-聚苯乙烯(S) (polystyrene-block-poly(ethylene-ran-butylene)-block-polystyrene，簡稱SEBS)是目前直接甲醇燃料電池的質子交換膜研究中常用於與Nafion比較的膜材。Nafion的價格昂貴，且其高甲醇滲透率將造成電極毒化，故本研究探討不同製程與添加不同奈米粒子所製作之質子交換膜特性，以有效降低甲醇滲透。結果發現，添加之ZrP為層狀結構，增加甲醇通過親水區域端的難度，能有效阻擋甲醇滲透。且藉由磺酸根官能基團，以及本身帶有質子傳導性質，所以與Nafion的PTC數據差距不大，因此C/P值較Nafion高。未來可改變不同磺酸化程度，並在SSEBS內添加不同奈米粒子，並對於質子交換膜的持久性及實際應用之探討。

有毒重金屬是一個全球矚目的環境污染問題，為了解決這問題，人們常使用沈澱法和螯合劑兩種主要化學手段來吸附重金屬物質，這些方法的缺點是在某些情況下(如:酸雨)，重金屬可能會再溶出污染環境。本研究旨在提出一個低成本且環境友善，能整治重金屬污染的新方法，使用牛糞來吸附重金屬離子，再將此已經吸附重金屬的牛糞回收製成觸媒。研究發現摘要如下: (1).磷酸鹽適合作為吸附劑，以穩定重金屬離子。 (2).發酵處理的牛糞由於微生物分解有機質，使成分中磷酸鹽含量變高，牛糞磷酸鹽愈高吸附重金屬離子的效果愈好。 (3).牛糞置於Cu2+、Ni2+水溶液，能有效吸附Cu2+、Ni2+離子，在應用上可預防重金屬污染地下水源。 (4).模擬土壤淋融的實驗中，超過99%的金屬離子可被牛糞固定於土壤中。 (5).回收吸附的重金屬離子牛糞，製作成活性碳觸媒，可進行脫色實驗，達到回收利用的目的。

交叉波（ cross wave ）為波峰和振源表面垂直的波，移動方向和振源表面平行，它是以表面張力為恢復力的表面張力波（ capillary wave）的一種。

在夏日的午後，在炎熱的柏油路面上很容易可觀察到遠方的 路面上，出現如鏡子般的倒影，看起來彷彿前方有一灘水，但當 我們向前進一些時，倒影卻突然消失了，這個現象，一般稱為海 市蜃樓。 一般解釋海市蜃樓的成因，都是由於在上層的低溫空氣，和 在下層靠近路面的高溫空氣，因密度的不同，以致於折射率的漸 層差異，繼而產生全反射。 但我們觀察發現，地面與上層空氣的溫差，並非柏油路面上 假積水現象及倒影出現的必要條件；反而和入射光的角度、路面 的平坦程度及路面的性質有關。我們提出了粗糙面在入射光的入 射角接近90度時，可發生單向反射的模型。並由實驗來驗證假積 水現象及倒影主要的成因是「柏油路面的單向反射」而非「空氣 的折射與全反射」。 Under the scorching sunshine, we can see the reflection on the tarmac in the distance just like a water puddle on the road. And the water also reflects the people and object nearby. But, in fact, the tarmac road over there is very hot and dry. Therefore we call the phenomenon as the “false water puddle on the tarmac.” According to the textbook , the main reason for “false water puddle on the tarmac” is that the temperature difference leads to the refraction of the light and causes the phenomenon. However, from our observation, the theory still can’t explain some phenomenon, For example, the “false water puddle on the tarmac” remains to appear when the wind blows fiercely. Even with little temperature different at night the phenomenon is still obvious. Therefore, in our opinion, the temperature different of the air is not a necessary condition of “ the false water puddle on the tarmac.” We bring up the model to explain the phenomenon that when the incident angle of the light approach 90 degrees, the light will result in one-way reflection. According to the model, furthermore, we make experiments at midnight and at dawn. The result of the experiment assures us the hypothesis of the model, Consequently, we hold the ideal that the main condition of the “false water puddle on the tarmac.” Is not because of the refraction and the total reflection but because the light reflects off the road and result in the one-way reflection on the tarmac road.

我們成功的用溶氣計偵測到了聚球藻 RF-1 在 28℃下光合作用的概日韻律。和傳統的研究方法比起來，這個方法具有連續偵測的優點，減少因不斷取樣所造成的影響，此實驗可觀察到聚球藻 RF-1 溶氣量之變化圖與一般藻類（如單殼縫藻）不同.在光 /暗條件下 RF-1 之溶氣量的增加與減少均呈週期性變化，而且此變化現象在進入連續照光後仍然可以維持兩個循環以上，這些結果顯示以溶氣計連續偵測聚球藻 RF -1之概日韻律是可行的，而且所得到的變化圖形遠比傳統方法（於不同時間取樣）所得者自然。本實驗同時發現含聚球藻之培養液的溫度，在進入黑暗週期時會有明顯的上升，由於其變化程度比其他藻類明顯，如加以探討應有助於對此藻以及其韻律特性之瞭解。We successfully detected the photosynthesis circadian rhythm of the prokaryote Synechococcus RF-1 under 28℃ by a DO (Dissolved-Oxygen) meter. The advantage of this method, comparing with the traditional methods, is that it can detect signals continuously, reduce the influence of discrete sampling. The DO curves of the Synechococcus RF-1 are different from that of other algae. Under Light/Dark conditions, the DO values of RF-i increased and decreased periodically. The periodic phenomena progressed over two cycles under constant lighting conditions. These results revealed the feasibility of using DO meter to continuous detect the circadian rhythm of the Synechococcus RF-1 The detected DO curves looked more natural than those obtained in the traditional discrete-sampling method. We also found that the temperature of the culture increased in dark cycle. Since the variation is clearer than that of other algae, further investigation will benefit the understanding of the Synechcoccus RF-i and its circadian rhythm.