全國中小學科展

依國際科展年度查詢

臺灣

昆蟲拍翅的氣流研究

本實驗藉由肥皂泡膜色彩擾動觀察拍翼機拍翅時周圍的氣場流動,用以模擬昆蟲拍翅時流場模式,利用肥皂泡膜黏滯係數和空氣相似,且有色彩擾動等特性觀測拍翅機的渦流流場。並利用泡膜厚度與顏色關係,畫出厚度梯度圖分析渦流相較於風洞,肥皂泡膜的流場即便在拍翅機經過的後方依舊能清楚呈現,但風洞在拍翼機後方的流場則會因為擴散而消失。

Mini清新立大功

空氣汙染議題越來越受到重視,校園裡因空氣汙染紫爆而戴上口罩來上課的同學也大增,引發我們想多瞭解PM2.5被濾材過濾的效果並自行製作空氣清淨機。藉由撰寫Webduino與 Smart開發板程式積木、PM2.5微粒感測器、雷切木板及口罩濾材,組裝成一個可以監測PM2.5數值且具有清淨功效的桌上型空氣清淨機,成功的改寫程式讓google試算表可自動產生所測得的數據,並找出經濟且有效用的濾材。 市售的SHARP清淨機HEPA濾網及3M立體靜電濾網經過測試其過濾效果佳但卻昂貴,我們因而想要自製活性碳與奈米碳塗層,自製的奈米碳塗層過濾效果比SHARP及3M的濾材還要好。 進一步改良桌上型空氣清淨機並創新製作迷你可攜式型,運用3D列印機印出外殼,設計了各種造型輕巧、方便攜帶且過濾效果佳的機型。

霍夫曼的綠色奇航-電解探究與環境上的應用

「減量是王道」─利用雷射切割機、壓克力板、螺絲、針筒等器材,設計並製作微型電解水器,除完成各種電解質測試外,並探究電解變因,精確量測法拉第常數。「回收是責任」─善用電解原理,探究銅離子的回收率成因;最後回收科展實驗的所有廢液,減低科展實驗對環境的衝擊。 最耐腐蝕的電極實驗發現,黑化處理的鎳鈦合金電極電解NaOH溶液時,其氫氧體積比最接近理論值2.02,SEM圖亦顯示其材質抗腐蝕能力強。回收率的探究發現通入的電流強度越高、越酸或添加螯合劑,會造成回收率下滑。 利用電解法可完全清除實驗廢液中的銅離子,免去強鹼的使用;整個回收過程約損耗216瓦‧小時,折合0.216度電。

費馬多邊形數定理之延伸探討

本研究旨在研究費馬多邊形數定理(任意非負整數必可表成k個k邊形數的和)的一般化情況,也就是說,任意非負整數是否能表成給定的二次多項式數列中所選取的γ項和。以數學模型敘述,就是探討對一個已知的二次多項式an2+bn+c,是否可找到一正整數γ,滿足∀x∈N∪{0},∃α1,α2,…αγ,使得x=∑γi=1(aαi2+bαi+c)。 本作品主要探討若此探究模型存在,那麼數列〈an 〉的一般式an2+bn+c與γ值之間會存在什麼關係,並期望能運用一個簡潔明瞭又一般化的數學式表示。本文亦提供另一個數學模型,探討γ值與某些特殊係數a,b,c之間的關聯性。而本文探尋[a/2]n2+[b/2]n+1,a∈N,b∈Z,a+b≡0(mod 2)(此為本文主要探討的二次式),求得此二次式所對應之γ值的方法為先令p=[2a/(a+b)]+2,再藉由所建立的模型二,求出[(p-2)/2] n2+[(4-p)/2] n的γ值,接著再用所建立的模型一來求得[a/2]n2+[b/2]n+1的γ值,進而依循此方法最後得出任意形如[a/2]n2+[b/2]n+1的二次式之γ值。

酢漿草,也要午睡嗎?~探討酢漿草的光觸反應

觀察紫葉(Oxalis triangularis)、紫花(Oxalis corymbosa)、黃花(Oxalis corniculata )三種酢漿草葉片在早上打開,晚上閉合主要是受生理時鐘影響。實驗比較發現紫葉、紫花、和黃花酢漿草在中午強光日照下,都有葉片閉合的午睡運動,且對光線的敏感度:紫葉酢漿草>紫花酢漿草>黃花酢漿草。再用遮光網遮蔭控制光度試驗中,發現光強度是影響酢漿草午睡現象的主要因子,與水分蒸散較無關。推測其目的是避免葉綠素因強光作用而產生光氧化現象(photooxidation),導致光合作用無法進行。而在溫度試驗也發現酢漿草在遮蔭高溫下(42℃)葉片會閉合,應是水分蒸散導致膨壓下降使葉片閉合。另在實驗過程中觀察到酢漿草也有觸發運動,在強風吹襲及水平、垂直晃動下均會導致葉片閉合,推測其目的在減少葉片摩擦產生傷口,避免病菌的感染。總結酢醬草葉片開閉受生理時鐘、光線、溫度、風吹震動及水分膨壓的影響。

利用都卜勒效應探討美濃地震的破裂方向性

本研究使用一規模較小的地震做為參考地震並得出其頻譜,將測站測得的美濃地震頻譜與之比較得出頻譜比,消除場址效應等非震源效應產生的影響,以探究美濃地震的破裂方向性。就每一對對震央方位角相差 180 度的地震而言,如果兩測站收到的頻譜比差距愈大,就表示地震的破裂方向越可能是該對測站的方向。 本研究的研究結果顯示測站距離對測站測得的頻譜比影響可忽略,且該方法用於尋找地震的破裂方向性確實可行。本研究得出美濃地震的破裂方向約在300到320度(即西偏北30~50度),且隨時間無明顯變化,與其他研究得出的結果相符。

新興汙染物銦對阿拉伯芥生長之影響 Physiological and Molecular Response of Arabidopsis thaliana to Indium Exposure

銦之化合物常被應用於半導體產業當中,隨著使用量的增加也提高銦污染流佈於環境的風險,若此污染物流布至土壤並累積於植物體內,則可能通過食物鏈而影響人體的健康。現今國內外鮮少有銦對植物影響的相關研究,因此本研究以培養基試驗,探討銦對模式植物阿拉伯芥生長之影響。結果顯示,當銦處理濃度為500 µM時,其生質量以及根長會受到抑制。MDA含量的增加,顯示銦會對阿拉伯芥造成氧化逆境,而穀胱甘肽與金屬螯合素並非阿拉伯芥在銦逆境下主要的抗氧化機制。本研究亦發現銦處理下會影響對錳、鉀、鈉、磷、鐵、錳、銅以及鋅的吸收。此外,X光吸收光譜分析顯示根部以及地上部中銦物種有明顯組成上的差異。於根部有42.9%的銦是以吸附於細胞壁的形式存在,這可視為植物對重金屬所採取「隔離」策略的防禦方式之一。

海中的蒸蛋烤蛋塔

本研究發現食品施加鐵鹽與魯米諾檢測液的螢光反應可直接測定攝氏150度烘培環境下梅納反應是否明顯發生,這套方式將可有助於食品工廠針對梅納反應的快速檢測。而藉由孟塞爾比色帖的比對則可間接判別梅納反應褐化的程度。不同風味的梅納反應需要不同種類的蛋白質和醣類的參與,有時甚至需要多種反應物共同作用。 海洋當中鐵鹽有助於梅納反應的進行,並且可以產生鐵錯合物,這有助於沉積物當中鐵和碳的固定以及汙染物質的去除。淡水河河口與北海岸的表層環境因為有機質的累積以及水體中所攜帶的鐵質,因此或許有可能可以發生天然的梅納反應。但這些有待後續研究做更多的驗證。

微生物源尿酸氧化酶催化尿酸降解與高尿酸檢測

尿酸氧化酶參與嘌呤代謝機制,然人類尿酸氧化酶基因已退化,易使過量尿酸沉積於關節造成痛風,因此微生物源尿酸氧化酶具極高研發價值。 本研究針對微生物源酵素進行基因體探勘,篩選出抗輻射奇異球菌(Deinococcus radiodurans)及耐熱雙球桿菌(Thermobispora bispora)源尿酸氧化酶基因,取得尿酸氧化酶重組蛋白質進行酵素活性測定、熱穩定分析、蛋白質結構解析、酵素對金屬離子耐受性分析與尿酸檢測應用。抗輻射奇異球菌源酵素於30℃催化速率較過去報導之酵素佳,而耐熱雙球桿菌源酵素於70℃催化效率與熱穩定性仍佳。解析耐熱雙球桿菌源酵素結構發現羧基端具特異性構型,推測與熱穩定性有關。本研究的兩種尿酸氧化酶,可分別作為降解尿酸的速效及緩解型藥物,並開發成快速檢測尿酸的簡易方法。

食用酵母菌紙電池之探究

本報告探討食用酵母菌電池的發電特性,並將酵母菌電池紙製化以方便攜帶與保存。本食用酵母菌紙製電池分為陰極(緩衝溶液)、陽極(緩衝溶液與食用酵母菌)、與鹽橋(緩衝液)三層,皆以紙為載具,並以銅片為電極。經實驗發現第三代紙電池在陰極加入1.75%的雙氧水後的電壓最高達0.335V,但為了乾燥保存將氧化劑改為0.02g的過碳酸鈉。結構方面,發現將紙電池墊高使陽極接觸空氣,幫助酵母菌行有氧呼吸作用,可以幫助提高電壓。最後將第三代紙電池陰極加入0.02g過碳酸鈉、增加空氣室,並與鋅銅電極結合,電池平均電壓為1.142V,比傳統化學藥劑版的鋅銅紙電池高了25%。