全國中小學科展

2017年

自製高效率簡易水解發酵裝置將纖維素轉化為生質酒精之新製程

本研究以不同水解纖維素的方法,包括傳統酸水解、微波及臭氧法,完成效果比較,並以各方法最優勢理論組成最快速且產醣量最高的水解程序。再以麴菌發酵將醣轉為生質酒精,以止逆閥自製簡易即時取樣發酵裝置並研究效率最佳的麴菌酒精發酵,其中速發酵母平均一天酒精生成率高達約90.5%。 藉由基礎水解及發酵研究成功設計一套「低耗能、低成本、低汙染、高效率」自製可攜式簡易水解發酵膠囊進行纖維素水解,轉化為醣後又可在同一膠囊中加入麴菌進行酒精發酵,效果極佳,提升轉換率達63.8%。本研究進一步透過此自製膠囊推廣到廢棄稻草桿、甘蔗渣、甘蔗皮等,皆可得到極佳效果。

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)。

紙電路印刷機研發及其運用於教學之可行性分析

本研究為紙電路印刷機之研發,我們將紙當成電路板的基材,以銅箔與銀箔為佈線的導電材料,透過自行開發的機台研究銅箔與銀箔在製作時,所需的時間、溫度、壓力、印刷電路完成度、耐流值與耐熱值等因素,來驗證我們研發的紙電路印刷機適合用於學校實習課程教學,培養學生LAYOUT的能力,同時也在獲得數值曲線的關係式之後,再加以製作更大作業面積的機台,以期能製作出更大的電路,而整個研究除了自行開發儀器及數據驗證外,亦可以把學生實習課程融入環境保護的概念以及文創商品整合的知識。

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。

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。

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。

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。

行動工具鼠

滑鼠的問世是電腦史上的重大發展,其關鍵設計是以編解碼技術與影像辨識技術,來判斷滑鼠的移動與方向。本作品「行動工具鼠」的最初設計構想是利用滑鼠滾輪滾動的編碼機構與技術,應用圓周運動相對於距離移動的概念,再將滑鼠滾輪的圓周長,乘以滑鼠滾輪轉動圈數,即可得知滾動的距離;若再以單位時間,除以當下所移動的距離,即可得知即時的移動速度。作品更新版,第二代的設計策略,是利用滑鼠內光學鏡頭IC,以非接觸的方式來偵測滑鼠移動的距離。目前最新的設計,是以無線滑鼠,接上手持式行動裝置,搭配自行設計的APP程式,以相對滑鼠移動的概念,來偵測滑鼠的移動方向,以及滑鼠移動軌跡的座標變化量,即可得知滑鼠實際的移動的距離。以此設計與應用,可以完全取代市售測距輪的所有功能,成為日常生活中便利且實用的好工具。

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。