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臺灣

調控奈米普魯士藍顆粒尺寸提升二次電池充放電效率

本實驗以共沉澱法製作普魯士藍奈米顆粒,以調控沉澱溶液的溫度在25、50、70、85℃,分別成功製作出平均直徑為26、32、38、62 nm的Na-FeFe普魯士藍顆粒粉體。以GSAS結構分析程式擬合X光繞射譜圖,指出晶體結構為立方體,且提高共沉殿溶液溫度可以提高Na含量,減少H2O佔據孔洞。由反傅立葉轉換獲得電子分布圖,顯示與與C鍵結Fe的電子密度低約15%,其電子組態為C-FeIII及N-FeII,C-FeIII較容易進行還原反應。組裝成二次電池,顯示32nm及38nm普魯士藍為陰極的電池,C-FeIII及N-FeII,均可以進行氧化還原反應,其電容量較高且充放電衰退率較低。

魔幻「膜換」洗潔晶球-點「冰」成晶之旅

本實驗想透過海藻酸鈉與乳酸鈣的交聯反應包覆清潔劑,做出晶瑩剔透的洗潔晶球,並結合「無瓶水」概念改善晶球成型方式,運用反轉球化、二次凝膠球化,做出薄又堅韌的水球外膜;為克服洗潔劑影響海藻酸鈉與乳酸鈣的交聯反應,及鈣離子會減弱洗潔劑起泡力等因素,我們絞盡腦汁嘗試,成功運用自創「核殼結構」、「全冰球」、「鍋蓋法」製程,也就是先用水結成冰球並燒熔出—中空洞後形成“冰殼”,再灌入洗劑做“核”,此核殼冰球再冰回球形冰晶時外裹乳酸鈣,再置入海藻酸鈉溶液,並運用二次膠化技巧再次與乳酸鈣溶液反應,製作包覆清潔劑的水球,使其在兼具環保、美觀、實用的角度下,呈現薄膜、擁有洗潔力並減少罐裝塑料的洗潔晶球。

活「菱」活現,獨「菱」風騷

本研究主要目的是要用快速的方法算出正三角形或特殊菱形中的菱形總數,我們參考過去科展優勝作品專輯,發現全國第五十一屆科展國中數學組有類似的內容,他們是以共頂點分層計算法找出其規律性,經觀察後發現每一層與層之間的和會形成公差為(-2)的等差數列,然後再利用等差級數求和及推導通式。我們的研究比較複雜,雖然採用了他們共頂點的算法,但我們的結果卻無法形成等差數列,因此,我們運用「拆解共頂點」的方式推導出正三角形和特殊菱形中菱形總數的通式,再進一步把圖形加上橫槓,並推出加上橫槓後的通式,但在菱形中的菱形(加橫槓)的研究中,因無法使用「拆解共頂點」的方式,所以只好尋求其他的方式來計算。

水草吐泡言汙~以水下聲學作為監控水質汙染的可行性

本研究嘗試利用水下聲學技術,以水草冒泡的聲訊為指標,透過出泡聲音頻率高低及出泡速率快慢的改變即時掌握水質變化,期許為水汙染的預警做出初步貢獻。首先,確認水草於未受汙染情形下的受傷聲學表現,接著再探討農業及工業廢水等各項汙染變因,如氨氮及銅離子的影響,結果顯示:水質酸化時,出泡聲音的頻率沒有變化,出泡速率則逐漸變慢,至pH=4.5時幾乎不出泡;輕度污染的氨氮濃度(0.5ppm)反而能促使水草出泡速率提升至3.1倍,但隨著濃度升高(0.8ppm),又開始抑制出泡,當出泡速率突然降為輕度汙染時的6~7成時,可初步判斷水質近期遭受較嚴重汙染;銅離子會大幅降低出泡速率。最後,雙項汙染(如氨氮+銅離子)將造成更大的影響凸顯出銅離子對水草的傷害。

鉛直奈米皂膜之厚度變化

當皂膜鉛直立起後,其表面會因反射光形成干涉,利用反射光的干涉圖案可推知皂膜厚度。皂膜經單色光反射產生干涉圖案的數位相片,藉由Image J 自由軟體可分析出不同位置之光強分布,可回推對應之皂膜厚度。結果發現鉛直皂膜的側向結構具有3種類型的分布,造成這3種不同幾何結構分佈的微觀機制是因為皂膜中的微胞分布不同。 本作品將鉛直皂膜施以鉛直方向之外加電場,發現皂膜中的陽離子受到電力帶動周遭的液體運動,形成所謂的電滲透現象,電滲透可用來增厚皂膜。此種利用電場控制皂膜厚度的方法可以設計出奈米流體二極體,是一個嶄新的研究領域。

迷宮樂園-線,面,立體陣列路徑解

本研究主題是要在一個直線(或平面、立體)陣列中,填入若干數字,找出一條路徑使所有通過的數字總和等於指定值s。我們得到下列結果: 第一部份直線列迷宮 一、路徑的一般解與唯一性。 第二部份平面陣列迷宮 一、目前對總和s 值可以判斷有無解的統計表。 第三部份立體陣列迷宮 一、一條路徑所有通過數字的個數只能是11、15、19。 二、用VLOOKUP指令將序對(a0,a2,a1)組數由40組刪減為28組。 三、計算餘數0、2、1層這三層進出的可能方法數,列出進出組合及對應圖形。 四、計算餘數0~8根這九根的進出組合。 五、將目前找到的路徑解列表,共24個。 另外,這個研究在「身分認證」是可以應用的。

圓舞曲-婆羅摩笈多定理推廣至圓或橢圓內接多邊形中之探討

圓內接四邊形有一個幾何定理:若圓內接四邊形的兩對角線相互垂直,則連接對角線交點與一邊中點的連線垂直於對邊,稱為婆羅摩笈多定理。 本作品將圓內接四邊形推廣至圓或橢圓內接多邊形的情形,定義其多邊形中若滿足「連接兩垂直對角線交點與一邊中點的連線垂直於對邊,同時連接同一邊垂足點的連線過對邊的中點」,則稱此多邊形為婆羅摩笈多多邊形。 先由兩圓相交關係來建構婆羅摩笈多四邊形,接著從圓內接正多邊形來探討婆羅摩笈多多邊形的建構原則,推導出其邊數及共圓性質,進一步推導出圓內接多邊形的情形。最後探討橢圓內接菱形、鳶形及正方形是否存在婆羅摩笈多定理及其幾何性質,再推廣至橢圓內接多邊形的情形。

颱風在短期與長期內影響海洋表層葉綠素a濃度改變之探討

本研究主要探討颱風強度對於海洋表層葉綠素a的濃度影響的程度。 颱風資料由Joint Typhoon Warning Center資料庫中選取2008~2012年之西北太平洋颱風,共104個颱風。每天中相隔12小時取兩組資料,包含颱風經緯度、近中心最大風速與氣壓;葉綠素a濃度資料則取自NASA Ocean Color資料庫,對應颱風路徑中每天兩個取樣時間,找出以颱風為中心,長寬各150km範圍內的葉綠素a濃度,並利用Matlab程式輔助處理大量數據。 為清楚了解颱風對海表面葉綠素a濃度的影響,研究中將影響時間分為短期及長期兩組分別進行分析。所謂「短期」是指颱風經過前、後一天內,而「長期」則是颱風經過的前一周到後兩周內的時間。 分析結果顯示颱風過後一天海表面葉綠素a濃度平均增加近50%,且颱風近中心最大風速與中心氣壓在短期對於葉綠素a濃度分別呈現正相關與負相關;而長期來看,無論颱風近中心最大風速或是中心氣壓和葉綠素a濃度的關係較不明顯,但是颱風過後10天內,海表面葉綠素a濃度明顯高於颱風來臨前。

探討不同環境的鏈黴菌對南方根瘤線蟲之影響

鏈黴菌(Streptomyces spp.)是防治農業害蟲南方根瘤線蟲(Meloidogyne incognita)上的重要角色。我們自三處不同環境土壤,嘗試篩選出同種的鏈黴菌各一株(編號c5、d5、r3),測試其生理特性(不同溫度、pH值、碳源下之生長),及對抑制南方根瘤線蟲孵化、二齡線蟲活動力能力,最後以幾丁質培養基測試其分解幾丁質能力。其中c5在pH9下不論是生長情形或是抗蟲能力皆較佳;r3則較適合中性環境。而幾丁質酶的分解能力與抑制蟲卵孵化較為相關,線蟲活動力抑制則可能有其他物質參與。我們也發現各株菌的最佳生長條件,跟其原生環境常是不相符合的;且d5與r3為同種鏈黴菌卻也具有生理特性和抗蟲能力差異,未來希望能從其採集地生態了解影響因素,將鏈黴菌應用至農地時,可考慮菌株的適應問題。

作繭不自縛-以蠶繭為支架的細胞生長研究

蠶絲對人體具有生物相容性,不易引起免疫反應,且其三維結構提供適合細胞生長的立體空間,是作為細胞培養支架良好的材料。相較於天然蠶繭,平面蠶繭除了可省略繁瑣的製備步驟之外,其表面平整結構均勻,使植入的細胞可更為平均地附著於平面蠶繭上。此外,平面蠶繭亦突破天然蠶繭形狀及大小固定的限制,利於配合不同用途改變固定架形狀大小,甚至可以擴大固定架以快速培養大量細胞。本研究結果證明平面蠶繭在細胞培養的應用上較天然蠶繭更適合做為大面積敷料之生醫材料。