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臺灣

來自鄒族的科學鳥羽箭-探討鳥羽箭的氣動流體力學與聲學之研究

鳥羽箭為鄒族獵人必須學習重要的狩獵技術,蘊含流體力學知識。經由耆老的指導鄒族鳥羽弓箭製作,發現鳥羽弓箭的確可以增加射程及準確率。接著進行最佳化探討,研究發現如下:(1)製弓要使用4節桂竹,(2)箭長度最佳為使用90公分箭竹,(3)最適合黏貼藍腹鷴羽毛於箭尾,(5)射擊的角度0o與45o有最遠的射程,箭尾增加射程及準確率也可於小型鳥羽箭射擊模型被證實。接著探討藍腹鷴羽毛作為箭羽的優點,經實體實驗及模擬實驗相互比對,發現藍腹鷴的羽毛具有穩定流場的功效,藉由實驗分析圖我們發現藍腹鷴鳥羽相較於其他羽毛有較高的風速,產生自較強氣流,紊流卻可減少,降低噪音。以上特點均可提高獵人狩獵成功率,同時支持原住民族科學也可以被西方科學證實。

農業廢棄物合成活性碳並討論其吸附效能之表現

本研究是將農業廢棄物—甘蔗渣作為原料製備活性碳,經由本團隊研究發現,以500℃碳化、950℃活化,C:KOH =1:2所合成之活性碳達到1335m²/g的比表面積。接著將合成出的活性碳進行染料吸附實驗,得出吸附甲基橙與亞甲基藍,熱力學皆較符合Langmuir 的單層等溫吸附模式;動力學皆較符合pseudo-second-order,因此推論化學吸附為主要吸附模式,且不論是吸附帶負電的甲基橙亦或是帶正電的亞甲基藍,皆有好的吸附表現。吸附量可達500mg/g及476.2mg/g,相對於活化前25.7mg/g及21.1mg/g提升近20倍。也可發現亞甲基藍的吸附量略高於甲基橙,因此推論本實驗所製備的活性碳表面帶有較多負電荷。最後,再將吸附飽和後的活性碳進行再生,考量經濟效益及便捷性,以酒精脫附會是較好的選擇,可達約50%的再生效率。

步步驚魂 ---沙崙海水浴場的美麗與幽愁

本研究主要探討淡水區沙崙海水浴場離岸流的特性與成因。透過專訪了解到2012年所發生的5位學生溺水事件中,學生落海的位置與溺水倖存者對當時海流的描述。接著從沙崙海水浴場海底等深線圖製作立體地形模型,觀察保麗龍球和紅墨水在模型中隨著水波移動與擴散的情形,再實際踏查並空拍海水浴場海水的流動狀況。我們發現:沙崙海水浴場有離岸流,這個離岸流區大約在(25°11'25.50"北 121°25'1.66"東)、(25°11'19.91"北 121°24'49.64"東)兩警戒點之間的海岸線,而其他區域也存在著迴向離岸流區的環流,因此強烈建議在沙崙海水浴場須嚴禁下水活動。沙崙海水浴場離岸流主要是由填海造陸後形成的巨大岬角地形所產生,若沒有人工的改變,原來的海流會順著海岸線進出沙崙海水浴場海灣。

將廢矽泥製成奈米矽以及進一步應用於鋰離子電池負極材料之研究

矽元素因具有極高的理論電容和鋰攝取量(Li Uptake)而被認為是有潛力的鋰電池負極材料,然而該材料的特性使其在充放電時體積巨幅脹縮,造成結構碎裂,縮短了電池壽命。 本研究設計一套低耗能、低成本的製程,以現今台灣光伏產業大量難以回收之廢矽泥及鎂金屬為原料,將矽之粒徑縮小為奈米級以解決上述體積膨脹問題而成為極佳的鋰電池負極材料。 我們先將矽合成矽化鎂,再利用二氧化碳及氮氣的氧化還原反應製成多孔矽,隨後再利用創新的化學蝕刻法產出奈米矽。目前業界奈米矽的製備仍以高功率研磨為主,本研究首度使用銅離子、過氧化氫及氫氟酸作為蝕刻液,成功製造出平均粒徑100nm之負極材料。而過程中所使用的鎂粉可回收再使用,回收率高達94%,故幾乎無成本廢料排放,大幅降低當今鋰電池的生產成本,也落實防廢、再生、節能等綠色化學原則。

「木」響「蛙」鳴-刮出自然樂章

以木棒刮刷木製青蛙背脊上的刮齒,可以發出類似青蛙鳴叫的聲音,使用聲音擬真度的分析,發現木蛙(T2)可以產生與翡翠樹蛙主要頻率(基音)和次要頻率(泛音)相同音名的頻率,再利用自行設計的「定速刮刷錄音裝置」對木蛙不同的變因進行實驗分析,結果發現:木棒的大小與重量變化不大的刮齒(不同數量、形狀、排列等因素),不會影響木蛙的主要頻率(基音)。而會使主要頻率(基音)變低的條件如下:1.相同材質:蛙身愈大。2.相同材質及相同共振腔大小:蛙身厚度愈厚。3.不同材質但相同蛙身大小:蛙身愈重。4.相同材質及蛙身大小:蛙口高度愈大、蛙口深度愈深、蛙口開口位置愈接近底部或頂部。最後找出以木蛙刮刷的8個音階,可以刮出自然的樂章。

三角形可變動的外西瓦線之共點問題

2001 年 Larry Hoehn 提出了 △ABC 的三個旁接三角形的西瓦線之共點性質,近年的相關研究都是探討邊上作正方形或矩形而構造三個旁接三角形。本研究不限於直角,創新探討角度一般化情形。考慮以 △ABC 頂點為旋轉中心,將三邊分別旋轉實數 φ 後,構造出可變動的三個旁接三角形。我們發現可變動的三條外中線交於一點、三條外高交於一點、三條外中垂線交於一點。我們先探討前述三個動點的軌跡,發現著名的 Kiepert 雙曲線,本研究為 Kiepert 雙曲線的新構造法。接續研究任選兩點所構成的直線性質,有趣的是,外高交點與外中垂線交點連線恆通過重心;外高交點與外中線交點連線恆通過九點圓圓心,我們給出共線三點的有向線段比例常數。最後,我們再探討角度與長度同時可變動的三個外西瓦線共點情形。

肺欲清環保雙電源空氣濾清器---機體設計製作與濾材分析研究

本研究設計出一台可以自製、環保具CP值高的空氣濾清機---「肺欲清環保雙電源空氣濾清器」。當日照充足時以太陽能板發電使空氣濾清器的風扇運轉;日照不足時,改以電池輔助空氣濾清器的運轉,以雙效環保的方式改良空氣品質的效能。本研究以國小自然與生活科技領域(四上)單元中的「太陽能綠色能源」為出發點,探討以電池、太陽能雙電源和日常廢棄物再利用的方式,製作出兼具環保並有效改善空氣品質的空氣濾清器。透過空汙鼻Mobile Nose 與配套之程式軟體,檢測空氣中的相關環境指數,探討不同材質的口罩對空氣品質淨化之效能。實驗證明,本研究自製的「肺欲清環保雙電源空氣濾清器」,能有效過濾並降低空氣中的懸浮微粒,是兼具綠能、環保的有效方案。

染布之變─植物移印染和槌染的對比和變化

為了研究植物移印染或槌染的染色結果,我們選擇植物的花瓣和葉子所得到的實驗結果如下:(一) 植物移印染花瓣的染色效果比葉子好。(二)布的濕潤度會影響花瓣在移印染上的染色結果。(三) 移印染或槌染都適合先將布媒染,呈現的染色結果較好。(四)移印染和槌染在胚布、雪紡紗、棉麻的染色結果,以豆漿當媒染劑的效果最好。(五)不同的花瓣在小蘇打水當媒染劑下,染色結果會變色或顏色不見(六)移印染或槌染產生的廢水少,對生態環境的永續發展比傳統的藍染好,也比較不會浪費水資源。

燈下藍~自製燈箱的藍曬研究

本研究在利用實驗法了解影響藍曬圖效果的因素。為使光源穩定且可操縱光源強度,故自製藍曬燈箱進行實驗;為客觀表述藍曬圖的品質,以色差儀測量,發現ΔE 值與藍曬圖品質有很好的相關性。 我們用 6 瓶裝紅酒木箱、7 組 T5 UVA 黑燈管、壓克力板隔開燈管與曬布、黑色 橡膠墊阻隔箱子內外光線進出。得到自製燈箱曝曬 15分鐘效果良好,並以此進行實驗。發現布料質量密度大、經緯密度大、單股平紋織法、厚度小有利於藍曬圖品質,而與吸水性、彈性等較無關;感光液在第二天、燈管亮數多時,藍曬圖效果較佳;定色劑以食醋效果最好;並發現藍曬圖不適合印在要常清洗的衣物。研究過程中意外發現感光液在第 30小時左右吸光度最大,表示溶液中檸檬酸根的濃度達到最高。

富麗「醣」皇~醣的黏性之探討

本研究以滴落時間作為探討不同「醣」的黏性差異,並與黏度計結果比較分析其效度。首先收集並檢測不同種類的單醣、雙醣和代糖是否適合進行黏性測試。除半乳糖、乳糖、水合麥芽糖、阿斯巴甜和糖精之外,其餘11種醣類均適合。接著分別進行醣類黏性探討;分析莫耳分率與黏性之關係;以不同濃度純蔗糖探討黏性;並以黏度計確認本實驗的可行性。研究結果發現:黏性以麥芽糖醇最大,而木糖醇最小,推測羥基的多寡可能是影響黏性的主要因素;混糖實驗發現純蔗糖比例越高、黏性越好,莫耳分率和黏性之間的相關係數高;純蔗糖濃度與黏性有高度正相關;最後,本實驗方法與黏度計比較具有效度。文末進行相關結果討論,並說明未來本研究結果在傳統小吃的運用。