全國中小學科展

臺灣

同類相食行為的新發現

同類相食行為廣泛發生於動物界,兩種可能原因:個體的特殊營養需求和族群的汰弱留強策略。觀察雜食性的高音符絲鱉甲蝸牛(Macrochlamys hippocastaneum),初步發現同類相食行為與蝸殼破裂與否有關,殼完整的個體間不會發生相食行為(100%),且當破殼程度愈大愈易發生。食性實驗中攝取過植物性養分的個體傾向選擇同類相食(χ2=22.04,***P<0.001),同時提供同、異類蝸牛內臟時則未顯著選擇同類(χ2=3.76, P=0.053),因此未能充分支持特殊營養需求。然而,此種蝸牛會追蹤破殼同類分泌之特殊黏液且具顯著趨向性(χ2=13.06, ***P<0.001),與距離呈負相關(χ2=6.53, *P<0.05)。觀察腹足顯微構造中,發現內有特殊的疏鬆組織與大量分泌細胞,且通往尾端分泌特殊黏液的開口部位。結果證實破殼受傷個體產生的特殊黏液會主動引起同類相食,支持汰弱留強的族群策略,且物質誘發同類相食模式為動物行為研究中首次發現。

「石」來運轉,神奇「墨」測-利用廢乾電池製成石墨烯口罩及其PM2.5、甲醛去除效率探討與應用

本研究利用廢乾電池中碳棒製成石墨烯,並探討去除PM2.5及甲醛最佳條件,最後成功應用於生活中製成多效合一的口罩。研究發現:①電壓愈高石墨烯生成量愈高、粒徑大小與工作電壓呈負相關、1.5M 硫酸為最佳電解液②石墨烯、氧化石墨烯去除粒狀汙染物PM2.5及PM10效應均優於活性碳,可取代傳統吸附劑③擴散吸附實驗中氧化石墨烯對甲醛去除率83.89% ④石墨烯:氧化石墨烯=1.5:1為最佳混合比例⑤呼吸箱模擬測試石墨烯-氧化石墨烯口罩濾片對PM2.5去除率,91.32%;甲醛去除率,92.06%效果良好⑥自製口罩滙集環保、健康、效能於一身。展望未來:為了永續生存,石墨烯口罩濾片及口罩應繼續開發研究,讓它能推廣使用,使台灣以環保著稱,成為名符其實的福爾摩沙,讓民眾更健康。

Exclusion Zone Water現象的探討

Exclusion zone water現象係指在水溶液中膠體粒子等大型溶質無法靠近多種親水性表面,形成數十到數百微米厚的「空乏區」,簡稱為EZ。目前提出的理論認為此處形成了特殊結構水,然而我們的實驗使用磁珠卻可穿入EZ區,發現不符原理論預測。因此我們提出EZ是由擴散滲流 (diffusiosmosis) 與擴散泳 (diffusiophoresis) 綜合造成的想法來解釋。我們設計了一些實驗,觀測溶液中EZ大小變化、膠體粒子流場與離子濃度梯度等,皆符合預期並成功證實我們的想法。應用此研究結果,可發展新的溶質過濾萃取方式,或利用離子交換產生的流場作為新的發電方式。

創意domino骨牌接龍

本研究旨在創造一全新的domino質數接龍遊戲,並探索遊戲背後的數學規律及遊玩的策略,研究發現: 1.1是最好用來防守的數字,接著是0、3、5,再來是2,最後是4、6。 2.研究發現上家的牌組數字a+b等於4、6、8、9、10、12時比較有效可以攻擊下家。 3.從修正分析的表格中,研究者把a和b重複的應對牌組數字刪除後,可以發現第一、二、三名都是奇數牌組數字,分別為第一(4,5)、第二(1,2)、第三(0,5)、(3,6)。 4.研究也依據實際驗證發現一簡單牌組數字攻略:[(偶,偶)、(奇,奇)、(偶,奇)的牌組數字的應用]。 5.規則修正後可有效避免運氣的干擾,並發現下家(c,d)牌組數字防守率較佳的條件有二:c或d >1和c或d< 3。

離岸風電的研究

大型離岸風機造價不斐,風速強的冬季發電效能比夏天理想;風力弱時常到風機沒有在轉動!設計小而美、小而能產電的風槳及導風罩設計是我們研究的方向。 我們研究出三培林軸承、自動追風導向的導風罩設計,長軸連接馬達、馬達基座、穩定風槳的積木座設計,均可使風槳受風呈單一方向旋轉而發電。 也測試出馬達銜接風槳懸空套接的減重、低摩擦力的設計,可助雙S風槳在1~3公里/時的低風速下轉動發電,每次4000筆示波器記錄亦可明顯比較各3D列印風槳在不同風罩種類及高度下的產電最大電壓、平均電壓及轉動周期或頻率,123 design 3D列印的輕質雙S風槳在高或低扭力馬達的產電效能可為離岸風電提供可設計參考方向。

「蕉」不「保」夕─植物保護資材對香蕉白絹病的防治

本實驗比較亞磷酸加氫氧化鈉、亞磷酸加氫氧化鈣、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、氯化鈣等對環境無害的植物保護資材,對香蕉白絹病之防治效果,並將上述資材調配成不同培養基,調查白絹病之生長狀況,同時也接種於香蕉幼苗活體上觀察其防治效果。 在培養基實驗中,碳酸氫鈉、碳酸氫鉀對白絹病的抑制效果最佳。氯化鈣幾乎沒有抑制效果。於香蕉幼苗植株測試結果,亞磷酸加氫氧化鈉施藥兩次對植物保護效果較一次佳。亞磷酸加氫氧化鈣對白絹病的抑制效果更優於亞磷酸加氫氧化鈉、碳酸氫鉀。碳酸氫鈉病斑程度最嚴重,僅優於噴水之對照組,以及施用氯化鈣之組別。所以激發植物免疫系統的亞磷酸(H3 PO3)防治優於殺菌效果的碳酸鹽類。

精雕花刃的草叢獵人--棕汙斑螳螂

本研究針對臺灣棕汙斑螳進行生活史紀錄,並釐清螵蛸孵化時間與溫度的關係,及螳螂捕食與獵物體型的關係。棕汙斑螳從孵化到成蟲經過九次脫皮,體色多變,雌、雄蟲比例懸殊約8:2,雌螳交尾後可產卵6次以上,螵蛸平均可孵化約104隻幼螳,初期產的螵蛸孵化隻數較多,越晚產出螵蛸孵化隻數越少。 實驗冬天室溫與溫室比較孵化期溫度影響,發現溫度愈高螵蛸孵化時間愈短,與當年度月均溫變化率相同,取用此趨勢線公式將溫度帶入,以積分累積方式,便可預估孵化時間。 棕汙斑螳捕食以本身1/5體型獵物最喜愛,能在光線極低環境仍能捕捉獵物,對於螢幕播放移動昆蟲能區分真實程度,也能分辨不同昆蟲種類,不同顯示器對螳螂視覺感受程度,有顯著差異表現。

Application of molecular templates on magnetic particles for adsorption and desorption of heavy metals

This study investigated the production of novel molecular templates, and analyze their adsorption effect on four heavy metal ions (Cu+2, Pb+2, Zn+2, Mn+2), which commonly exist in Taiwan's rivers. Different operating conditions (such as competitive adsorption, pH value and other factors) were explored to compare their adsorption effect of heavy metal ions by using the synthesized template molecules. The molecular templates were found to be specific towards their target metal ions with a high adsorption effect. Then combined with the idea of magnetic particles to produce magnetic molecule templates, a maximum amount of adsorption of heavy metal ions up to 95% through the molecular template was achieved while the effect of heavy metals desorption of up to 83% could be also successfully obtained. Experimental results showed that the magnetic molecule templates did not affect the adsorption of heavy metal ions. Not only can they speed up the recovery time of adsorption but the template molecules can also be collected more efficiently. We also proposed three different applications for the developed molecular templates. The development of magnetic molecular template may provide an affordable, highly-efficient way for dealing with heavy metal pollutions.

虻飛鳳舞-發「糞」向上

本實驗我們探討黑水虻的生活環境與飼養方式,實驗包括記錄濕度、溫度、pH值之變化作為基礎,延伸研究黑水虻在飼養過程中,廚餘及沼渣的消耗效果。在前置養殖時找出問題與困難點,確立飼養黑水虻時的相關條件,並向有飼養經驗的人請教適合黑水虻的飼養條件,最終目標在於能夠穩定的飼養黑水虻後,利用黑水虻食性廣泛的特性,餵食沼渣、廚餘及混合(沼渣+廚餘),並且研究黑水虻消耗的效果,達到減少環境汙染的目的。

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。