全國中小學科展

臺灣

水污染智能偵測系統

磷污染及重金屬的累積被確認為引發水體富營養化及生態毒性的關鍵因素,對接觸受污染水的動物和人類造成危害[1]。磷酸鹽作為磷污染的主要形式,傾向於促進藻類的過量繁殖,而重金屬離子因其高度毒性及生物累積性,對水生生物的影響尤為嚴重。由於一般檢驗方式過於耗時、費力,所以我們想研究出可以實現快速檢測出水是否遭受到汙染的系統。 本作品將化學、光學、電機、機械、AI、微電腦領域知識進行「光-電-機-智」深度整合,使用AI輔助補償演算法提高作品方便性,提升水溶液的定性定量分析效率,使本作品能快速檢測水源是否遭受磷或重金屬鉛污染,並且計算濃度,無需將樣本送回實驗室,捕捉污染動態。降低成本與操作門檻,達到良好監測及做好水土保護。

Ti₃C₂Tₓ/α-Fe₂O₃ 異質複合材料的製備、性質及光催化水分解反應能力之研究

本研究開發Ti₃C₂Tₓ/α-Fe₂O₃二維奈米複合材料,探討其光電性質與應用潛力。以Ti₃AlC₂經含氟蝕刻法製備Ti₃C₂Tₓ,並以溶劑熱法複合α-Fe₂O₃。經SEM、EDS、XRD確認蝕刻成功,而複合材料中α-Fe₂O₃ 隨比例呈現不同結核分布。XPS顯示Ti-C/O鍵結及Ti-Fe協同作用。DRS與電化學測試指出,複材能帶較原材上移,具更低電荷阻抗與可能的更大能隙。四點探針顯示Ti₃C₂Tₓ具類金屬導電性,複合材料面電阻則與質量呈指數關係,呼應能隙變化。於KOH與NaOH中,複材展現最低OER過電壓與最小電化學阻抗,顯示其具優異光電催化水分解性能。

不明膠易

棉花糖、軟糖等食品通常使用動物的明膠,不適合素食者食用。植物性原料的開發因此成為了一個重要的研究領域。本研究將探究植物性原料取代明膠的可行性,並進行延伸性的食品加工應用。 棉花糖是利用明膠與打發蛋白製作而成,我們利用多醣類膠體與果醬做為凝膠劑,研究其取代明膠的效果,並以豆類蛋白進行打發,做出純素棉花糖。實驗結果顯示,植物凝膠劑能夠有效替代明膠,能產生凝結性;而豆類蛋白能成功打發讓棉花糖有彈性,這些植物性原料除了能生成質地良好的棉花糖,也能取代雞蛋成功烘培出素食蛋糕。 本研究的結果為食品行業提供了創新方案,更滿足消費者對健康和環境友好的食品選擇日益增長的需求。

正多面體截角截半

此研究探討正多面體(柏拉圖立體)再進行截角(truncation)和截半(rectified)的情況下,觀察其所形成的截角截半後的圖形變化,即其中一種阿基米德多面體的生成方式,並利用Geogebra電腦軟體模擬繪製,藉此來協助我們觀察並計算截角截半後的圖形周長及表面積,並分析其前後圖形比例之關係。

「塑」戰「菌」決——探討小蠟蟲腸道菌對塑膠微粒的吸附及降解情形

本研究探討小蠟蟲(Achroia grisella)腸道共生菌對塑膠微粒的吸附與降解潛力,成功分離出30株可穩定培養菌株,並針對常見塑膠(PET、PP、PE、PLA)進行吸附與降解分析。結果顯示,菌2與菌5能有效吸附PE與PLA微粒,其中菌5在PLA條件下展現快速酸化與 CO₂ 釋放現象,顯示具備生物降解能力。進一步證實其在無碳源條件下仍能附著塑膠表面,顯示其可將塑膠作為潛在碳源。此外,菌株處理後之PE微粒對水蚤毒性下降,心跳與存活率回升,推測與毒性添加劑去除有關。本研究亦觀察到菌體對塑膠表面具專一性吸附,對金屬顆粒無附著現象。綜合實驗結果,菌株5具高穩定性、廣效吸附與降解潛力,未來可應用於塑膠污染治理與生物回收領域。

『蒸』仙!?〜探討仙人掌角質層厚度及刺座與蒸散的關係

本實驗想了解仙人掌角質層厚度和刺座是否對蒸散有影響,結果顯示,刺的長度、數量及密集度與仙人掌的表皮厚度和平均氣孔數有關,刺越長越密集,平均氣孔數越少,表皮厚度越薄。而仙人掌表皮厚度越厚越耐熱,刺越密集越能遮擋光線,可以減少強光的傷害,故刺越密集越耐曬。仙人掌的刺有被紅墨水染色,是由於毛細現象所導致,本實驗中的蒸散量大致呈現有刺大於無刺,而除去刺之後蒸散量下降是由於減少了刺的蒸發量所導致。仙人掌的含水量占其重量80%以上,其莖部有大量的海綿狀組織,可能跟仙人掌針對乾燥環境的適應性有關。蒸散量需要考慮表皮的氣孔總數及表皮厚度,有刺的仙人掌蒸散部位會比無刺仙人掌多,故刺越密集蒸散量就越大。

真心畫大冒險~真心三角形性質之探討

本研究中所提到的「真心」即為三角百科中的Kimberling center 𝑋174,Wabash center 為三角百科中的Kimberling center 𝑋364。我們從Wabash center 的作圖法,延伸出真心的概念,並定義了真心三角形。在本研究中,我們對於真心三角形、旁邊三角形、旁心三角形及其內切圓、外接圓進行研究,發現這些三角形有相似關係,其各心間則存在共點、共線、共圓等性質。同時我們也找出了真心的barycentric coordinates,並以此作為基礎,提出真心之幾何作圖法。

地質改良樁在砂質地層中穩定學校教室

開學時,學校拆除前面的危樓,在地面上挖出一條深約1.5m的大溝槽,可以清楚的看見學校地層是一層一層粗細不同的泥砂,在下大雨時,還可以看見地下水的流出。所以我們在塑膠盆底部插入不同數量的木條,模擬地質改良樁做地震的測試,結果塑膠盆裡的泥砂會受到木條的數量影響而下滑;也在泥砂上,模擬木條房屋,在地震後產生不同角度的傾斜和不同深度的下陷。最後,我們利用大型塑膠盆、厚木板和裝入混泥土的塑膠管做成模擬地質改良樁放入泥砂,在上面放置不同規格的模擬房屋做模擬地層的實驗,發現模擬地質改良樁的數量、長短、疏密、地層搖晃的時間,都會影響房屋的下陷、傾斜和倒塌。

「蜂」塵僕僕-蜜蜂的採蜜偏好與認知行為研究

本研究探討環境因子對蜜蜂行為的影響,涵蓋飛行方向、食物選擇、溝通呼叫及禦敵行為等方面。結果顯示,蜜蜂明顯偏好高濃度糖水,並對短波長顏色(如藍色和紫色)表現出強烈吸引,這與牠們的感光細胞特性相符。蜜蜂離巢時,展現出顯著的正趨光性,並能依靠長期記憶和空間學習優化飛行路徑,表明牠們具備高度的導航能力。有趣的是,巢口顏色對蜜蜂的出入口選擇並無顯著影響,顯示牠們依賴其他環境線索進行決策。 此外,蜜蜂在採蜜過程中可能會傳遞食物的「顏色」訊息,幫助追隨蜂更有效率地尋找蜜源,提升覓食的整體效能。

「藜」「鎖」「碳」「染」-結合染敏技術與碳轉化的光碳複合電池

本研究製作新型染敏電池,分為四大部分:一、正極材料改以易取得的石墨片來代替傳統燻黑奈米碳;二、製作膠態電解質來減緩電解液的蒸發與滲出;三、染料採用農業廢棄物-台灣藜殼,以75%的酒精當溶劑,利用微波輔助來萃取色素,提高萃取的效率,並將染液調配成pH=4.8左右,其發電效益有最好的表現;四、負極材料採用奈米級的二氧化鈦,搭配醋酸、Triton X-100,並在添加硫酸銅後,電池發電效益增為1.43倍。歷經改良後製得的第三代電池,是利用碳膠銅網電極做為正極材料,製作出可捕碳的染敏電池-光碳複合電池,照光後的最高開路電壓可達1.120V,最高短路電流為0.622mA,此電池能在利用太陽能的同時,同時捕捉空氣中的二氧化碳,希冀藉此達到永續環保的新理念。