全國中小學科展

臺灣

不要色色一探討活性炭吸附色素的原理

本研究探討各變因對活性炭吸附鐵氰化鉀與甲基藍能力的影響。我們以自製光度計取代價格昂貴的分光光度計進行實驗。實驗結果顯示:莫耳濃度愈高,透光度愈低;活性炭對甲基藍的吸附效果優於鐵氰化鉀,且吸附量隨濃度增加而提升;活性炭質量愈多,透光度亦愈高;溫度升高則會降低吸附能力。此外,應用活性炭吸附色素的原理製成色譜,並結合紮染技術染布,展現科學與美感融合成果。本研究以透光度與莫耳濃度的關係為分析依據,並探討兩物質的化學性質與吸附原理,期望為吸附應用提供實驗依據與啟發。

「果」然出「色」:天然藍與黃的色彩碰撞---從植物到環保顏料的轉化之旅

研究探討蝶豆花(青花素)與薑黃(薑黃素)兩種天然色素在不同天然添加劑與劑量下的色彩穩定性。實驗分為三部分,分別針對藍色色素、黃色色素與藍黃混色進行測試,在固定色粉用量下,分別加入蜂蜜、牛膽汁與阿拉伯膠三種添加劑,設五種劑量梯度(1~5平匙),共製備375組樣品。每組樣品皆以色差儀測定CIE LAB色彩空間中B值(藍–黃軸偏向),作為穩定性指標。結果顯示:蝶豆花色素偏藍性穩定,以第3平匙效果最佳,牛膽汁穩定性最高;薑黃偏黃穩定,第2平匙最鮮明,牛膽汁與阿拉伯膠中劑量表現佳;混色組整體偏黃,蜂蜜與牛膽汁穩定性良好。整體而言,第2至第3平匙為最佳添加範圍,可提升天然染料的穩定性與應用性。

歲月無聲-肌少症與姿勢辨識的微妙對話之頭份地區樂齡社群上下肢肌力運動探討

本研究旨在結合PoseNet與Teachable Machine等AI姿勢辨識技術,根據教育部體育署國民體適能網站資料、基礎肌動學、聽取物理治療師建議、開發三款AI姿勢辨識體感互動遊戲,以提升高齡者肌力、預防肌少症。肌少症為高齡社會常見之退化性問題,嚴重影響長者之行動功能與生活品質。本研究透過Scratch平台-OSEP整合PoseNetAI模型,設計可訓練上肢與下肢肌群之遊戲,並於頭份市樂齡協會、運動公園及學校等地,實地施測多位50歲以上的長者。結果顯示參與者均能正確執行遊戲指令,且對互動設計及視聽回饋表達高度興趣與正向回饋。本研究系統具備操作簡易、成本低廉與可擴充性,顯示應用於居家運動或長照場域具高度可行性與發展潛力。

白浪滔滔我不怕-消波塊與海岸保護

本研究透過3D列印製作消波塊與自製造浪機,並用海浪沖刷粉筆模擬岸邊侵蝕效果,尋找減緩海浪岸侵蝕方法。 本研究製作兩種造浪機。大型版:壓克力板製水缸,用活塞推動造浪板,因漏水問題,改良小型版;小型版:採現成魚缸、TT馬達配合連桿帶動造浪板。小型版波形更流暢。 首先,確定粉筆泡水25分後重量趨穩定;在單排測試中,林克塊減浪效果最佳。實驗亦發現消波塊離岸越近、裸露體積越多,減浪效果越好。增加排數方面,小浪排數越多效果越佳,大浪下則需至少兩排以上才具顯著效果,綜合成本與效益,建議使用兩排設計。 針對家鄉情境,設計A至D四種配置,D型適合冬季東北季風大浪條件,如東北向海岸;C型則適用於港口等平靜海面。

誰是清道夫?生活中的除『銅』妙『劑』大對決

本研究以生活中易取得的材料或廢材作為金屬離子的吸附劑,由實驗結果發現,蚵殼粉、蛋殼粉及碳酸鈣的吸附效果都比有機物吸附劑更佳,吸附率皆達83%,單位重量的的吸附的以碳酸鈣的14.16mg/g效果最好,吸附劑的量的增加會提升吸附率,且第一小時內的吸附提升最為顯著。高溫或鹼性的環境吸附效果較好。在多種金屬離子的競爭吸附,銅離子的吸附均下降,但碳酸鈣受影響較小。與離子交換樹脂的處理方法比較,發現蚵殼粉、蛋殼粉和碳酸鈣在低濃度銅離子水溶液的吸附效果都較佳,且上述三者吸附劑的吸附效果皆較電鍍法佳。因此,運用實驗結果設計一款自動化吸附裝置,期待能為家鄉工廠林立造成的環境汙染盡一份貢獻。

鋁鎂生物炭的材料轉化與應用:從離子吸附到光催化降解的水體淨化策略

本研究自製鋁鎂改質生物炭,應用於吸附三種常見水污染物:磷酸根、亞甲藍與阿特拉津。透過鋁與鎂的共沉澱反應,在生物炭表面生成具正電層的層狀雙氫氧化物(LDHs),有效提升吸附能力。實驗結果顯示,鋁鎂生物炭對磷酸根、亞甲藍與阿特拉津皆展現優異的吸附能力,在180分鐘內的去除率分別達94.8%、89.3%、94.1%,動力學分析皆較符合擬二階模型,顯示吸附以化學作用為主,其中阿特拉津亦符合Langmuir等溫線,推測為單層吸附。我們進一步將二氧化鈦負載於材料上進行光催化測試,在紫外光照下亞甲藍去除率提升逾50%。本研究自製的鋁鎂生物炭對多種污染物皆具高效去除能力,更結合TiO₂對汙染物進行分解。展現出吸附與光催化雙效潛力,具水體淨化的應用前景。

拜「鈀」兄弟─「催」出氧氣的化學力量

本研究從還原電位角度切入催化劑與雙氧水產生氧氣的反應路徑,思考二氧化錳無法長時間穩定產生氧氣的原因。查閱文獻發現,雖然二氧化錳具高還原電位,但反應過程中易被還原為 Mn²⁺ 而使催化能力下降。藉由還原電位表知道二價與四價鈀型的分子皆能氧化雙氧水,催化產生氧氣,因此本研究設計將鈀沉積於氫氧化鎳表面防止鈀顆粒團聚,透過高溫熱氧化製作出氧化態的鈀奈米酵素,結果顯示,9%鈀摻雜的 NiO 可快速催化反應, 溶氧量達 12.8 mg/L,效率優於 MnO₂ 與天然酵素,且連續反應三次後仍維持 96% 效率,金屬流失率小於 3.5%。本研究開發之 NiO:Pd 奈米酵素展現優異的催化活性與重複使用性,更適用於須穩定產氧量化的實驗課中和緊急供氧與環保催化等領域。

「泡生溶溶」---泡泡除塑淨水法的研究

本研究透過不同介面活性劑來吸附海洋微塑粒,初步發現,無患子的親油性最好,TDS值可作為微塑粒濃度的檢量線。為了解介面活性劑的親水性值(HLB值)對起泡力及清除率的影響,加入HLB值為4的白蠟油(油性介面活性劑)進行實驗,發現海塑粒無患子起泡效果最好。泡泡水去除海洋微塑粒效果約為8.3%,無患子溶液約為9.7%,白蠟油約為60.7%,故白蠟油的清除效果最佳,但並不天然。後來,我們發現了天然的親油性介面活性劑―大豆卵磷脂,無患子與其的起泡比例以7:3為最佳,且單純大豆卵磷脂的清除率高達84.14%為目前最高。最後,我們發現此起泡裝置能清除真實海水中37.55%的微塑粒。

「菊」躬盡「萃」

本研究以萃取具多酚結構的天然植物(薑黃、芭樂葉、蝶豆花、金針花、臺灣杭菊1號花)為主題,透過自製 UVA和UVB的檢測裝置,探討不同變因下各萃取液的抗UV成效,結果顯示「杭菊花萃取液」具有最佳成效。 進一步比較杭菊1號花(白雪)和杭菊2號花(黃金菊)不同部位萃取液的抗UV成效差異,研究發現杭菊1號花瓣萃取液最具抗UV功效。因此將杭菊1號花瓣濃縮萃取液依適當比例調製成不同配方的「天然菊萃防曬乳」,並與「市售防曬乳」進行比較實驗,結果顯示自製防曬乳配方9對日光的UV遮蔽率可達98.0%,確實媲美甚至優於市售防曬乳的實際功效。

探討不同光圖形對光介電泳力應用在微流體中的影響

本研究整合光介電泳(Optically-induced dielectrophoresis;ODEP)與微流體技術,通過修改微流體晶片內的光照圖案光照強度、角度來改變作用於微粒的ODEP力強度與角度,並透過層流流體控制來嘗試實現三種不同半徑(5.8μm、 10.8μm與15.8μm)塑膠微粒的自動化分離與收集。