全國中小學科展

臺灣

廢棄柿皮與汙泥發酵產氫之研究

本研究旨在探討廢棄柿皮與汙泥發酵產氫之可行性及最佳發酵條件。結果指出石柿(Diospyros kaki cv. Stone)與汙泥分別預加熱後依1:2比例混合,加入改良培養基,調整pH值為8並於環境溫度35°C下發酵為最佳條件。修正岡珀茲方程式擬合結果指出每公克柿皮可產生24.32毫升氫氣(R2=0.9990)。此外,等比例放大之發酵規模倍率與產氫能力呈正相關,若以足量柿皮發酵量產氫氣,可以相近效率大規模產生氫氣。本研究亦根據全臺每年廢棄柿皮量推估氫氣產量,並探討計算成本的方法,結果皆顯示廢棄柿皮發酵產氫具一定可行性。此方法可有效轉換大量廢棄柿皮為再生能源,具高度發展潛力。

粼粼波光下的矽光子波導的傳輸奧秘

新聞報導「矽光子」是台灣未來重點產業,經老師解釋,我們學習到「矽光子」是將電信號轉成光信號在波導上傳輸。光可看是一種波動現象,我們嘗試能否從水波來了解波導原理?在實驗自製水槽中,針對小振幅淺水波的水波導現象與實驗變因進行探討。經多次測試:水波經過單通道傳播一段距離後,水波振幅在約30cm後衰減,而波導上傳播的水波可延波導傳遞更遠距離(>60cm)。 進一步以水深、頻率、壓克力條高度為變因實驗。結果顯示,須同時滿足波速比≦0.65以及起振水波半波長接近波導寬度才能實現水波導現象。 在異型波導實驗中,證明水波導有缺陷時,水波依然可以維持波形在水波導上傳遞。故展示利用小振幅淺水波在水波導上的傳輸,可以學習到矽光波導的傳輸行為。

小瓜立大功-絲瓜絡植栽盆效用之探究

絲瓜絡有吸水、透氣的特性,我們用絲瓜絡、石膏並添加蛋殼與水泥粉來製作絲瓜絡植栽材,以飽和吸水量、飽和含水率、釋水速度及耐用性來檢測絲瓜絡植栽材的特性。 從實驗結果發現:(0.5 cm)3絲瓜絡植栽材吸水性佳,其次是粉末絲瓜絡;粗、細纖維絲瓜絡間飽和含水率差異不大;5g細粉末絲瓜絡植栽材吸水特性較佳。有使用過絲瓜絡吸水效果最好;添加粗粒徑蛋殼植栽材飽和吸水量最多;添加15g白水泥的飽和吸水量及含水率為最佳。5g細粉末絲瓜絡+5g粗粒蛋殼+15g白水泥+35g石膏粉及50ml蒸餾水為植栽盆的最佳吸水性、耐用性配方。絲瓜絡植栽盆+絲瓜絡植栽材所種的三色菊生長高度最高、土壤保濕度最佳。以絲瓜絡植栽盆種植的小白菜苗生長率比用黑軟塑膠盆的小白菜苗高。

「三寶」的重生~寶特瓶變身3D列印線材之研究

本研究探討了使用回收塑膠寶特瓶製作PET線材的可行性。我們設計了數個不同功能的模組並使用TINKERCAD 3D建模軟體進行了優化,使過程更為穩定和高效,同時也考慮了減少廢棄物的製造量,以達到節約成本、保護環境的目的。 研究發現,為了得到品質更佳的成品線材,需要在生產過程中控制PET條寬度均勻性、拉線速度、加熱頭溫度、加熱塊支架變形和加熱塊溫度浮動等因素,以確保成品線材的品質。此外,本研究也嘗試將所有模組整合在一個平台之上,探討製作出一台具有全功能機器的可行性。 最終,本研究成功實現將使用過的寶特瓶變成PET線捲的目標。未來,我們將繼續優化該機器的設計,增加自動化程度,並探索更加環保的製作方法,以達到更加可持續的生產方式。

探討玉米不同種原間減數分裂染色體互換之差異

減數分裂是育種的基礎,透過其中的遺傳重組可將連鎖的基因分離,以提供研究和篩選優良基因組合的機會。然而遺傳重組的數目在每一次的減數分裂中有天然的限制,也就是每一對同源染色體平均發生兩個互換,並且多位於染色體末端,這使得要尋找合適的遺傳組合成為育種時最耗時的步驟。在這個研究中,利用免疫螢光染色技術分析不同玉米品系間,減數分裂時遺傳重組發生的數目,了解多樣性的基因種源是否對遺傳重組的數目造成影響。結果發現其差異顯著,且品系間有分群的跡象,表示不同種源可能帶有差異性的重組調控相關基因,未來希望能進一步研究控制遺傳重組數目和位置背後的機制。

Rangay-致命的衝擊力-泰雅重壓陷阱探討

Rangay是泰雅族的傳統重壓陷阱。泰雅獵人在Rangay陷阱機關中,為了使陷阱運作,運用許多巧思。而為了增加Rangay陷阱捕獲動物的機會,安置陷阱時,用了些物理原理來增加陷阱的殺傷力。我們就Rangay陷阱儲存殺傷力的科學原理重力位能開始探討,觸動機關後的衝擊力及能量釋放也都成為我們探討的主題。過程中我們認識了祖先流傳下來蘊藏在Rangay陷阱中的科學智慧。實驗研究後,我們對生活中的某些現象,也能以相關的物理科學原理來解釋。甚至在語文領域,也發現了與物理科學原理相對應的語彙。我們也利用實驗結果學習到的物理原理,對Rangay陷阱裝設做了些許微調。這是一次收穫豐富的學習,也讓我們更進一步的體會泰雅族的生活智慧。

聲聲不熄--熱聲效應之探討

本實驗以試管、鋼絲絨、酒精燈為主體,將鋼絲絨放入試管做為發聲裝置,並以酒精燈加熱試管,使鋼絲絨兩端產生溫差,而後產生音波,利用音訊分析軟體進行錄音、分析,搭配溫度感測器記錄、分析溫度,藉以探討 此裝置發聲的成因以及相關參數對其聲音的影響。 本研究分析了裝置發聲之過程,並製作五種變因,分別為鋼絲絨密度、試管口徑、試管長度、鋼絲絨位置以及 試管與火焰距離,並統整出四點通則1.溫差與分貝有直接關聯2.發聲與熱穿透深度、堆棧位置和空氣黏性有關 3.綜合熱穿透深度以及空氣黏性,發聲效果較佳者,會有上升速率快下降速率慢的特性4.堆棧所在位置之空氣塊移動及壓縮性,影響其音量、發聲時間與上升下降速率。

觀音火山熔岩與其礦物比例分析

本研究透過親手磨製岩石薄片及數據化的礦物比例資料,探討觀音火山熔岩的差異與其分化關係。根據相關前人研究得知觀音火山經過五次噴發,共有七種不同的火山岩,比對地質圖於各地層分佈區域尋找新的出露地點共17處,進行田野調查記錄與空拍、採集標本,並磨製岩石薄片共14片,進行岩相觀察與礦物面積比例計算。 本研究觀察到觀音山熔岩有漸變關係,從普通輝石橄欖石玄武岩→普通輝石玄武岩→普通輝石安山岩→兩輝石安山岩→紫蘇輝石安山岩→黑雲母角閃石安山岩,符合鮑氏反應序列。並依據新的田野調查資料,修正觀音山圖資;建立火山噴發歷程模擬動畫;製作立體地形模型以瞭解地質地貌關係,皆可做為日後觀音山地球科學教育的參考。

借風使舵~氣流飛機任我控

空氣的流動會形成風,藉由起風板前進產生的上升氣流,可推動由保麗龍薄片製作的氣流飛機向前飛行。本研究旨在探討影響氣流飛機飛行速度的因素,分別以手持和類風洞裝置來進行實驗,結果我們發現,氣流飛機在起風板上的最佳飛行速度並非單一速度,而是一個區間。不同起風板角度間有共同的安全飛行區間,若飛行速度控制在共同安全區間內,氣流飛機可在所有的起風板角度上安全飛行。另外,氣流飛機在起風板不同位置也會影響飛行的速度,下半部速度最快,正上方成功率最高,本研究建議將氣流飛機操縱在上半部,結合速度和成功率。起風板兩側折角能修正氣流飛機的偏移,讓飛機回正。若將起風板兩側向上折起30度,則可讓氣流飛機飛得更快且更穩定。

超臨界流體製備韭菜籽萃取物碳化微胞及其潛在應用

本研究利用二氧化碳超臨界流體萃取韭菜籽並進行分析,主成分為脂肪酸,以亞油酸比例最高而棕櫚酸次之。再利用綠色合成方法製備碳化韭菜籽萃取物,其有豐富的官能基、激發波長相關光致放光之特性相似碳點。此碳點於適當的條件下,在水中會自組裝形成分散性、穩定性均佳的碳化韭菜籽萃取物微胞(CLSEMs)。以ABTS進行抗氧化測試,證實微胞具有自由基清除與抗氧化效果;對Co2+有最佳的感測選擇性,最低偵測極限為1.7 μM,且成功首創將抗癌藥物順鉑修飾於碳點所形成的微胞上,鉑金屬載量最高可達4.7%。因 CLSEMs具有有機長碳鏈,有機會提高藥物穿過細胞膜之能力,以利順鉑與 DNA 鍵結,有發展成新型抗癌藥物之潛能。