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臺灣

絹雲母促進生物膜發育應用於提升土壤介質保肥能力之研究

本研究旨在確認加入絹雲母培養的菌液是否可提升生物膜產量,進一步提升保肥能力並幫助作物生長。研究結果顯示,菌液中加入絹雲母確實可以提升生物膜產量及部分菌株的菌液黏度,且這可能和絹雲母具有恆定pH值的功能有關。而在模擬土壤實驗中,菌液加入絹雲母後有較高的多醣含量,並且進一步提升保肥能力,且分別可減少31%的鉀肥以及17%的磷肥流失量。最後將絹雲母菌液做為保肥製劑應用於尖葉A菜(Lactucasativa)的種植,實驗結果顯示:加入絹雲母的菌液與未加入絹雲母的菌液組別相比,提升了30%的收成量。本研究結果顯示,絹雲母菌液可實際應用作為保肥製劑,透過恆定菌液pH值,促進生物膜發育,提供土壤穩定的高多醣含量,進而提高肥料之利用率而幫助作物生長。

飛天魔板~探討利用強力磁鐵配置磁浮滑板、磁軌之設計及其應用

本實驗藉由3D建模及雷切加工方式將廢棄木板精準建置具有不同磁鐵間距的磁浮滑板與磁軌,再藉由磁鐵擺放位置的配置優化其移動效率。實驗中對滑板重量、軌道傾斜角度及軌道表面粗糙度等參數對其移動的效率進行探討。實驗結果顯示當軌道上方磁鐵的排列與地面垂直磁浮滑板的平衡最佳,且磁浮滑板磁鐵的配置是影響平衡的重大因素,研究中發現滑板底部磁鐵數量4個並取10mm-16mm間隔排列且磁鐵必須在最外緣平衡效果極佳,且磁軌之磁鐵間距利用鐵線緊結合到寬度約2mm時具有最佳的移動穩定性。將上述實驗成果應用於「 你推我跑」、「水上漂」等平衡遊戲活動時,可讓參與者體驗如何控制磁浮滑板及增加其滑行速度。

無線你的無限--無線電力傳輸效能的改善

無線傳電是非常新穎的創舉,但卻沒有人用簡單且便宜的方法來改善傳輸效率不佳的問題。在主線圈加入軟鐵後,輸入和輸出的功率比從52%增加到70%,大大減少無線傳輸能量損耗,且若次線圈再加入諧振線圈,則功率比可從52%再增加到80%,這是一個重大發現。在主線圈加入軟鐵實際無線充電之效果是:充電到10mAh時間從9分32秒縮短到5分23秒,減少3分51秒,效率提升40%。在次線圈加入諧振電路對實際無線充電之效果是:大大提升次線圈原本輸出功率約3.8倍,且主線圈加入軟鐵後,充電時間又再縮短20%。由實驗最佳數據,本組設計了無電池風扇並結合3d列印及雷射切割技術,使研究結果商品化,只需插上電源就可以使用。

仿生科技應用於提高太陽能板發電效率之研究

本作品自行開發組立氣體輔助彈性氣膜球實驗系統,並研製可調控之類複眼陣列結構母模具系列實驗設備,藉以複製出類昆蟲複眼之陣列微結構,同時複合石墨烯(graphene)並將其裝設於太陽能板上進行系統化實驗,探討類昆蟲複眼之陣列微結構對太陽能板發電效率之影響。實驗結果顯示,類複眼陣列透鏡結構,其單一特徵形狀愈小、密度愈高(週期愈小),其發電效率愈佳,本實驗條件下,發電效率最高可提升達7.86%,此外,本研究在光捕捉上再為仿生類透鏡穿上自然界的類透明外衣複合石墨烯情況下,其發電效率更佳,透鏡面噴塗石墨烯複合薄層1μm厚度,發電效率短時間提升最佳為14.21%,但隨著光照時間的增加(24小時)後,發電效率提升最佳為12.45%,本研究同時增能探討調控菲涅爾透鏡(Fresnells)聚焦方式,並獲得經最佳聚焦位置的獲得,將有助於對太陽能板發電效率提升。

「炭」「桃」問題---自製鐵磁生物炭並活化過硫酸鹽(PMS)降解水中四環黴素之研究

大葉桃花心木為校園常見樹種,本身具有毒性,鮮少被回收再利用;四環黴素為汙水常見之新興汙染物,對人類健康與生態穩定造成威脅。生物炭是將木材或枯死的植物,在高溫下以無氧方式加熱裂解,作為土壤改良物質或吸附劑,為低成本、多孔且富含碳元素材料;過硫酸鹽(peroxymonosulfate,PMS)具有超強氧化性,產物毒性較低,廣泛應用於去除水中有機污染物。 本研究以各種溫度(300~900°C)將果殼燒製成生物炭,用於吸附四環黴素溶液,探討活化不同濃度PMS降解效果,得出最佳條件為300°C生物炭添加於0.01mM之PMS。並將表面改質為鐵磁流體,催化PMS具有回收再利用的永續概念,實際投放人工淡水和魚類養殖水體中,提供快速簡易的淨化水質方法。

百「折」不屈 - 大氣折射對日照時長影響

本研究加入各種考量計算,以得出最接近實際白天時長的的數據。首先假設地球為正球型,計算出未考慮大氣的理論白天時長,並考慮太陽視角導致的誤差,可進一步得出蒙氣差數值;第二步考量大氣偏折,將大氣拆分成密度不同的大氣層,討論由太陽射向地球的光,利用Google試算表計算出日光和地表的相切處,再將此數值代入日照時長公式,即可縮小和實際情況差距;最後和各國真實白天時間比較,繪製理論與實際情況關聯的散佈圖,可知實際與理論日照時長僅存在些微差距。結果中的些微誤差,推測為未考慮地球之橢圓形狀以及大氣中不同層的複雜變化所造成,可作為未來改進方向。

智慧型雲端監控孵蛋裝置

本研究之目的是以智慧型雲端監控孵蛋裝置,以取代目前市面上看到的孵蛋器。市面上孵蛋器大多分為兩種,第一種是當溫度未達到所需的設定值時,就持續通電加熱到達設定值後再斷電,這種控制方法非常簡單,但缺點就是溫度的變動量也隨之變大。第二種則是透過精密溫度控制的設備,來達到我們所要求的溫溼度,這樣的控制方法雖然穩定,缺點則是需要高額的花費。 因此,本次研究的方向是設計穩定且易於控制的孵蛋裝置。此作品運用PID控制理論結合ESP32雙核心,配合利用第一核心進行PID控制、第二核心進行連線狀態的監控以及資料的傳輸,並且運用APP應用程式來操控孵蛋裝置。實驗結果證實,此研究能以精準、誤差小、穩定度高和便利性來達到我們的目的。

浮屋減振定錨設計之研究

本研究目的在找出浮屋定錨系統最佳避振的懸吊系統裝置方式。研究發現串接的定錨設計方式,且上重下輕能有效的減少晃動。在水深度不深的情況下,水下的懸掛物越重(但不可超過浮力)、越深,並且放置在與波前垂直的重心線兩側可以減少許多水平方向的衝擊。經過實驗數據的檢視與物理駐波的討論,發現串接的懸吊系統其懸吊物擺放在節點處可以大大的降低晃動。本研究依據物理公式v=√(F/μ)與v=fλ推算出懸掛物的節點位置,實際安裝後減振率達50%以上。振波藉由繫繩傳遞能量,而配重的定錨在節點處提供繩張力並且穩定的振動,利用繩的振動來消耗振波的能量,繩上的浮球可以降低繩張力並增加振波能量的消耗。文末並提出其他減少晃動的可能性建議。

海蟲的棋盤遊戲

本研究主題是在n×n陣列中,甲乙雙方輪流填入三種海蟲的遊戲探討。我們得到下列結果: 一、探究海蟲形狀與數量,我們利用「頭部的連接方向」和「頭尾的連接方式」,找出所有的海蟲圖形,並利用六連塊檢驗,確認所有的海蟲個數共是71種。 二、將陣列邊長點數n分成6k-3、6k-2、6k-1、6k、6k+1、6k+2等6個類型討論,找出n×n陣列可擺放海蟲個數的最大值。 三、探討只使用一種海蟲排入陣列的遊戲玩法,得到結果如下: 1. 6×6陣列遊戲結果必是甲乙兩方都放3隻海蟲,雙方平手。 2. 7×7陣列遊戲最佳結果必是先手甲方4隻、乙方3隻,由甲方勝1隻。

Old葉 土積層-落葉堆積對土壤影響

為了了解學校落葉堆積對土壤和生物會有什麼影響,我們挑選學校不同種類的落葉,觀察它們長期堆放地點;另外收集這些落葉堆放到土壤上,在不同時間測量土壤的各種性質,最後對他們拍照和記錄;落葉用水萃取後加到培養皿的土壤裡觀察發芽比率;最後堆積後的土壤種小白菜,觀察有什麼影響。結果顯示初期落葉層對土壤溫度有明顯降溫效果,對土壤的水分、酸鹼質、生物、結構也有影響。1個月內落葉堆積的土壤和落葉的萃取液會抑制發芽,但兩個月後影響不明顯,而且對小白菜的發芽和成長有幫助。自然落葉堆積對於植物的成長幫助大於壞處。