全國中小學科展

2017年

公益是否有價?── 論消費者背景變項與公益商品之關聯

消費者對於公益商品的訂價看法為何?利他行為會不會有價差?本研究採取隨機分派之問卷研究法,調查板橋車站內受試者所認為的合理公益餅乾售價。問卷分為兩個模組,分別為公益餅乾與非公益餅乾,消費者填答自己所認為的合理價格,並同時填寫性別、年齡、教育程度等等基本資料。 研究者將600份問卷排除遺漏值後,以584份數據資料進行迴歸分析。分析結果指出,年齡介於21到30歲之間的青年,最不願意為公益理念付出金錢,同時,教育程度越高以及感情狀態處於單身者也不願意為公益理念付出價差,而整體來說,受試者公益與非公益模組間的價差大約為平均價格的百分之十。研究者對此四項主要發現進行推論與探討,並期望日後有更多相關方面的研究。

確定有限狀態自動機與量子有限狀態自動機之間的轉換與比較

量子計算的效率相較傳統計算有指數級成長。然而此領域中多數研究皆專注於量子計算的性質本身,鮮少討論如何將傳統環境中的既有資訊轉換至量子環境下。一旦量子電腦實現,受量子效應限制,傳統資料多半不能相容於量子環境中。因此,本研究的目的是發想出一種系統性的演算法以確實跨越量子資訊與傳統資訊之間資料結構的藩籬。我們選擇的計算機模型是確定有限狀態自動機(Deterministic Finite Automaton,簡稱DFA)。 本研究由自動機的轉移矩陣(Transition Matrix)及量子環境要求的可逆性(Reversibility)出發,自傳統DFA一步步轉換至量子有限狀態自動機(Quantum Finite Automaton,簡稱QFA)並進行優化。最終,我們定義出一種新的QFA模型(QDFA)能在量子環境下運行,具有增大的字母表(Alphabet Set)但功能完全等價於DFA(能辨認正則語言)。本研究獨創的演算法的時間複雜度為O(C×N2)。

三角形與其外接錐線的生成錐線性質探討

本研究源自三角形的重心及其外接圓所構作的線段比值的古老幾何性質,我們不但推廣原命題,還創造新命題:給定△ABC與其外接錐線Γ,令直線AG, BG, CG分別交Γ 於 A', B', C' 點,再取任意k值,探討P點集合的性質。 Γ3, k={P|AA'/PA' + BB'/PB' +CC'/PC'=k} (1)Γ3,k為二次曲線系,其橢圓、拋物線、雙曲線之形態不因k值而改變,而是被外接錐線Γ所決定。 (2)發現△ABC重心 G、Γ中心O、Γ3,k 中心O3,k 的共線性及比例常數。 (3)完整劃分 Γ3,k的非退化與退化型態,並發現只有Γ3,k 為橢圓時,k 值有跳躍現象。 (4) 發現錐線Γ上取相異六點而生成兩個錐線Γ3,k、Π3,k重合的充分條件。 最後,我們以「錐線 Γ 上取一點、兩點到多點」的線性組合手法,推廣多邊形與其外接錐線的生成錐線Γn,k之性質。

不同形態鈀金奈米觸媒的探討及對直接乙醇燃料電池的應用

本實驗成功在水相以及相對低溫中合成均一度高的鈀金奈米觸媒,並藉由引入不同比例的界面活性劑到合成系統中,來促使不同形態的鈀金奈米觸媒生成。此種奈米觸媒於不同成分比例下可產生相異之催化表現,且具長時間穩定的優點,故為具潛力的燃料電池觸媒。 實驗過程除了探討不同形態的鈀金奈米觸媒的合成外,並進行CO電氧化、乙醇電氧化以及長時間穩定測試。由合成的結果可得知,不同比例的CTAB及CTAC搭配可以得到合金或核殼結構的鈀金奈米觸媒;電催化實驗中,首先藉由CO吸脫附電氧化求得觸媒的活性表面積後,再進行乙醇電氧化測試,進而發現以核殼AuPd為1:1活性表現最佳,較商用Pd觸媒高約4.09倍;長時間穩定測試中AuPd核殼觸媒比商用Pd觸媒有有約16倍的穩定度及容忍力的提升。本研究結果有助進一步利用鈀金觸媒改善純鈀在進行乙醇燃料電池上的應用。

Green Wastewater Treatment: Using Graphene Oxide produced from Date Pits to Degrade Organic Dyes via Novel Microwave Technique

Water treatment is considered as one of the top research priorities in Saudi Arabia. It has been reported by World Health Organization that, 50,000 people die every day from diseases caused by contaminated water. This research attempts to degrade organic pollutants present in wastewater by using Graphene Oxide synthesized from Saudi natural source. Physical activation of date pits was carried out by carbonizing the samples at different temperatures to produce active carbon. Hammer’s method was employed for the purpose of Graphene Oxide production. The resulted Graphene Oxide has been characterized using FT-Raman, XRD and SEM techniques. Methylene Blue (MB) dye was used as a model organic pollutants to examine the ability of Graphene with the aid of a microwave-system to remove such pollutants. A modified domestic MS furnace with a variable power was used to supply microwave energy. The MB solution 2.5x10-6M was mixed with 0.1gm of Graphene Oxide. The applied microwave power was ranged between 100 to 700 W and the time was set between 0 to 12 minutes. The samples were centrifuged and then filtered through a millipore filter to remove the Graphene Oxide dispersed particles. It is found that, 98% of the initial concentration of MB is removed effectively within 12 minutes under microwave power of 500 W. Chemical oxygen demand is shifted from 450 to 87 mg/L while biological oxygen demand was decreased from 270 to 12.8 mg/L which indicating the degradation of organic constituents. This method can be used for water purification from organic pollutants.

阿拉伯芥茉莉酸結合酶FIN219參與生物韻律變化之研究

生物韻律與植物許多生長過程息息相關,其機制是生物學中重要的研究主題。FIN219能夠活化茉莉酸,進而引發植物對於逆境的防禦能力,也參與了藍光的訊息傳遞鏈,與植物的開花有關聯,其表現在長日照環境下也具有以24小時為週期的變化,因此很有可能參與了生物韻律的調控。本研究以GUS染色、西方墨點法與RT-PCR進行實驗,發現阿拉伯芥的FIN219基因與其蛋白質進入照光期後表現量會增加,進入黑暗期則會減少,此生物韻律也會受到外加JA與JA合成抑制劑DIECA的影響。再以RT-PCR比較生物韻律相關基因在野生種與剔除FIN219基因的突變株中的表現,也發現FIN219基因沒有表現時,相關基因TIC、TOC1、CAB2、CAB3、RBCS-1A和JAZ1表現的生物韻律會減弱。因此可知FIN219不但能夠增進植物的防禦能力,其引發的訊息傳遞也參與了生物韻律的調控機制。

利用星團內短週期變星性質與星團運動狀態對疏散星團的性質探討——以英仙座雙星團為例

本研究主要目的在於利用現有的天文資料庫搜集星團成員星,並探討疏散星團中短週期變星的類型與空間分佈,以及星團在銀河系中的運動狀態,希望能對疏散星團的演化有更進一步的瞭解。英仙座雙星團在天空中的投影很靠近,以往文獻認為此雙星團可能相互影響,因此我以此天體當研究目標。除了線上天文資料庫檢索結果可以用來分析星團成員及基本物理參數,我還利用青藏天文台來取得觀測資料以填補研究中變星數據的不足。利用2MASS測光數據及蓋亞巡天自行數據,此雙星團我挑選出共約80個成員星,另外我分析了51顆變星,其中有17顆星是經由本次觀測得到的新週期。根據該天體的自行與徑向速度,其運動狀態是以一快一慢的速度朝向銀心運動,並皆以銀心為中心相同方向旋轉,且在垂直銀盤方向同時向下遠離銀盤。

水波虛擬干涉全像法與光聲成像

全像攝影運用光波干涉性質呈現物體影像。干涉是波基本性質因此嘗試改以水波當波源,經過全像攝影相同過程來呈現物體影像。 將訊號產生器產生訊號一分為二,一個接到振動器產生水波,用光感測器接收相當於全像攝影物體波,另一個訊號直接以電壓感測器測量作為一虛擬平面參考波,將兩數值相加模擬物體波與參考波干涉,得到一數位化水波全像片。然後以程式計算虛擬平面參考波通過水波全像片,全像片上各個點波源相互干涉結果,成功將影像重建出來。討論影響影像重建變因、鑑別率,將不同位置物體影像一層一層顯示達成斷層掃瞄效果。水波「虛擬干涉全像法」是我們自行發展出來,以關鍵字搜尋並沒有發現類似實驗。 最後將相同原理運用在「光聲成像」,將一調變頻率40KHz光照射在物體上,經光聲效應轉換成聲波,將聲波經由「虛擬干涉全像法」成功呈現物體影像。

淘氣精靈與IOD關聯性之探討

前人研究發現聖嬰南方震盪(El Niño–Southern Oscillation, ENSO)和淘氣精靈(Elves)兩者間有顯著關係,顯示淘氣精靈的變化受太平洋上ENSO影響,因此我們想探討淘氣精靈與印度洋震盪(Indian Ocean Dipole, IOD)間是否也存在相似的關聯性。一般以DMI(Dipole Mode Index)代表IOD的發生情形,研究中我們挑出2005年6月2015年11月IOD正負事件時的海溫、雨量、閃電及淘氣精靈進行比較。研究結果顯示淘氣精靈在印度洋上也有震盪的現象,且其趨勢與海溫相同,再將其與雨量變化做比較後,我們推論IOD造成的海溫變化影響了大氣,進一步影響淘氣精靈的發生。

利用混沌系統偵測植物覺知人體之反應

本研究證明用手觸摸植物或土壤時,會造成處於混沌狀態的蔡氏電路發生電位相圖的改變,經由微調並聯在模擬線路電源端的可變電容來比對相變過程,可以測量到非常微小的等效電容變化量。不同於傳統透過改變電阻來實現混沌行為的方法,證實本研究假設確實存在且具應用價值。 我們透過改變電極接點、電路初始狀態、人體靠近或觸摸不同部位等方式,探討兩種植物因微擾所產生的相變。結果發現微擾植物與其棲地時會產生「混沌制抑」的現象,整體系統的電容變動範圍界於0到100pF之間。更重要的是,本方法還可以偵測到微擾遠端植物時經根系及土壤同步產生的電容變化訊號,這是一般電容計所感測不到的。 利用混沌行為的特性,可以應用於偵測與分析生物體或宇宙間微弱且複雜的訊號,不需經由訊號轉換或放大等的處理程序,是本研究的重大發現,未來極具發展潛力。