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臺灣

「塑」人之亂-探討萬年溪塑膠微粒及人口數的關係

基於對鄉土關懷,我們選定生命之河~萬年溪,此為唯一通過屏東市商業區、生態公園和住宅區等之特殊溪流,利用傅立葉轉換紅外線光譜儀,調查溪流中塑膠微粒種類和含量,並透過TGOS系統探究人口數與塑膠微粒之相關性發現:廣東橋流域塑膠微粒量最高,推論位於『住宅區』之民生排放汙水有關;長春橋流域濃度次之,與位於『商業區』有直接關係。環境指標生物~大型水蚤濾食中會攝入塑膠微粒,相較於控制組、塑膠微粒汙染下會明顯降低水蚤活動力、心跳數;且繁殖力驟減,有顯著性差異。本研究重大發現,水生植物確實有效吸附水中塑膠微粒,另生態工法及汙水地下化系統處理,均可降解排放至海洋塑膠微粒含量,進而讓環境減塑、環保及生態系恢復榮景。

循環小數萬花筒

一、 分數:所有的分數皆能轉化成小數,可以分為「除得盡的分數」和「除不盡的分數」等兩大類別。 二、 小數:除得盡的分數可以轉化成「有限小數」,除不盡的分數可以轉化成「純循環小數」、「混循環小數」等三大類別。 三、 Scratch程式:將數字轉換成圖像,將360°依照數字0~9,分成十等份,順時針旋轉「36°×對應的數字」,這些圖像可以分為「相同圖形」和「同邊形圖形」等兩大類別。 四、 循環小數:循環小數包含「未循環數字」和「循環節」,分母因數分解後,2和5出現的次數會決定這個循環小數的類別。

複眼「視」界不複雜

科學報導提出蒼蠅的視覺會被斑馬條紋擾亂,生活中也發現打蒼蠅時蒼蠅總會先一步飛走,我很好奇蒼蠅用複眼看到的世界,於是動手製作透明複眼模,但每顆複眼小眼太大顆且相連處有空隙,無法模擬複眼看到影像,所以改用投影機專用複眼鏡片來實驗。首先模擬蒼蠅複眼看到的斑馬影像,並計算斑馬外觀所佔整體複眼影像中的複眼顆粒數量比例,發現蒼蠅飛近斑馬影像越來越大時,複眼看到斑馬外觀所佔的比例越來越低,此導致斑馬條紋會擾亂整體複眼的影像。而透過複眼鏡片觀察節拍器上手掌的前後和左右運動,結果發現在動態成像中複眼比人眼靈敏,而兩個複眼鏡片疊加形成的莫列條紋,在轉動20度與40度疊加時靈敏度最高。複眼真是大自然演化的精心傑作。

蟹葉「銅」「鋁」來電-環境友善光電強化銅鋁電池的探討

本研究探討以光電延長電化學電池壽命的可行性,在鋁銅電池兩電極間置入以幾丁聚醣為載體含有葉綠素、氯化鈉、及醋酸之膠態電解質所組成的新型三明治電池。電池以鋁網為陽極、中空銅框為陰極,太陽光經照射光敏染料的葉綠素,激發電子,傳遞電子至陽極,還原被氧化的鋁減緩消耗,被氧化激發態的葉綠素則為經外線路傳遞到陰極的電子還原為基態。研究結果顯示於葉綠素溶液中,加入幾丁聚醣(3.0%)、氯化鈉(0.6%)及醋酸(1.0%),所配出的膠態可得最好的最佳組成及條件,照光情形下含葉綠素之電池比不含葉綠素之電池電功率下降速度慢很多,證實以光電延長電化學電池的壽命的可行性,本研究為一種環境友善的新型太陽能光電輔助鋁銅化學電池。

以奈米錫奈米銦增益小分子團水製備及促進藥物傳輸效能探討

小分子團水(water cluster)的製備及應用一直是科學界的挑戰。本實驗利用熱蒸鍍法,加熱金屬塊材成原子蒸氣,在氬氣環境配合液態氮溫度下冷凝收集,成功製備了平均粒徑10nm金、20nm銀、54nm銦、71nm錫、14nm鎳奈米顆粒。將定量的奈米顆粒滲入去離子水中,以超聲波分散顆粒團聚,再以波長530奈米的綠光照射,讀取拉曼散射譜圖,判定來自小分子團水的振盪強度,探討5種奈米顆粒對形成小分子團水的功效。我們驚訝的發現奈米銦藉表面電漿共振(surface plasma resonance)及表面電子氧化還原功效,弱化水分子團簇成大分子團的功效為奈米金的16倍,奈米錫為12倍,也均高效於奈米銀及奈米鎳。以奈米銦及奈米錫增益小分子團水後,對將癌細胞藥物、養分帶入細胞的功效明顯提升。

盲人眼鏡

對視障者而言,一般人習以為常的行走也變得十分困難,本研究希望透過電腦視覺充當他們的靈魂之窗,提供視障者更友善且能夠提升交通安全的輔助裝置。本研究使用樹莓派搭配網路攝影機與光達感測器接收影像與距離資料,將資料傳至伺服器後利用物件辨識演算法辨識障礙物種類,並辨識結果與距離回傳至樹莓派,當前方出現障礙物時,裝置能透過耳機即時發出警示音告知使用者。本研究也透過雲端減輕裝置運算負擔以達成減少耗能及縮小裝置體積的目標,讓裝置能夠像眼鏡一樣讓使用者得以辨識前方物體的種類與距離,輔助視障者避開行走路徑中的危險,進一步保障使用者的安全。

「晷」迷心竅-三種日晷的探討

本研究想透過製作三種不同日晷與實際測量,了解日晷如何運作。第一種為赤道式日晷,製作上較容易,形如時鐘,時間刻度也都一樣大,晷針須和晷面垂直,晷針和地平面的夾角須和當地緯度吻合,分為北面和南面,兩面的刻度順序相反。第二種為水平式日晷,晷面和晷針夾角的角度為當地緯度,晷面的時間刻度大小不同,需用特定三角函數公式計算,刻度越靠近十二點線的越小,越遠離的越大,每個刻度單位是小時,測量容易產生誤差。第三種為圓弧式日晷,製作較複雜,但使用上能更精確、更方便。研究結果發現,日晷時間和手錶時間有差異,除了要考慮磁偏角、時差和經差補正之外,若能將刻度做到最小,則測量數據將會更精確。

Nonlinear thermal diffusion dynamics measured using a simple light-transmission method

方形盒盛透明液體,置放在冷源上方,液體發生熱擴散時,溫度由上往下逐漸下降,形成溫度梯度以及折射率梯度。雷射光照射和鉛直線成一定角度的玻棒透鏡,再穿過方形盒的透明液體時,在屏上形成斜直線,經一段時間的熱擴散後,變成曲線;曲線和斜直線的距離(h),隨著時間(t)以及光線照射的位置(y)改變,作不同y的h-t圖可得知液體的熱擴散率狀況。 冷源的溫度0℃,分別用甘油和乙醇作待測液,得到的h-t圖,符合熱擴散推導出的h隨t改變的方程式;改用水當待測液,得到的h-t圖,就不符合熱擴散推導出的h隨t改變的方程式。改用-5℃的冷源,分別用水和氯化鈉水溶液作待測液,得到的h-t圖,不符合熱擴散推導出的h隨t改變的方程式。 用簡易的設備可以了解折射率梯度,溫度梯度,熱擴散率,以及液體的非線性熱擴散。

弦外之音箏有趣

根據自然課本「聲音與樂器」單元,自製一台跨越三個八度的古箏,透過控制琴弦的張力,驗證「弦愈粗、愈長、張力愈小,其音調愈低;弦愈細、愈短、張力愈大,其音調愈高」及八度音之間振動頻率為1:2的規律;以Audacity分析波形及頻譜圖,比對雁柱、音色、調音方式間的關係。歸納10位音樂專家對音色佳的定義,以音準、響度及波形為音色指標,改良第一製尼龍弦箏,再製第二製榫接尼龍弦箏及第三製榫接鋼弦箏,比對三者經不同時間及彈奏次數的偏離音準幅度;以分貝計測無音箱、有開口音箱、無開口音箱的響度差異;觀察不同製作方式、音箱形式及弦的材質之波形,依響度能量削弱時間及聲音延長時間,比較其變化與市售古箏的差異,找出自製古箏的最佳條件。

手助健康~具保濕、抗氧化、防曬多功能「乾洗手液」之開發研究

衛生福利部宣導75 %酒精能預防新冠病毒,但頻繁使用酒精卻易造成手部乾裂,因此本組利用酒精浸製金銀花、烏龍茶葉、桂花、柚子皮等製成酊劑,再混合羅勒籽及奇亞籽所提取的成分,研發具消毒暨護手雙效的酒精性乾洗手液。經過pH計、UV粉及蘋果抗氧化測試顯示,本組所研發之乾洗手液呈弱酸性,與皮膚酸鹼值相仿,且具有抗氧化與抗紫外線(防曬)的功效,比一般市售產品效能更高。此外,本組意外發現果膠混合液能製成風乾膜有效對抗紫外線。總結本組研發之多功能乾洗手液除了具有天然保養之功效,還能讓果皮產生環保效益,極具開發之潛力。