全國中小學科展

臺灣

以微波輔助水熱法製備鐵鈷合金觸媒應用於陰離子交換膜燃料電池

本實驗使用微波輔助水熱法製備鐵鈷合金。先以不同比例製備鐵鈷合金觸媒並測量其催化效能,比較它們的粒徑、活性後,取最適比例探討合成溫度對催化效能之影響。最後嘗試利用氮摻雜的方式提升效能。經由XRD分析可知合成的鐵鈷合金為CoFe2O4、FeCo2O4屬於尖晶石結構。在SEM-EDS分析後可知,使用鐵:鈷為1:2的比例,其合金粒徑最小。在合成溫度的實驗中,經由XRD、SEM-EDS分析後,發現使用120°C、140 °C作為合成溫度,樣品無法完全形成鐵鈷合金。由極化曲線得知,使用鐵:鈷為1:2的比例,合成溫度為160°C製備的觸媒,其觸媒活性最好。其最大高率可達36 mW/cm2。鐵鈷合金氮摻雜還原出的氮不多,且形成的碳氮氧化合物覆蓋活性位點,使效能不升反降,因此須再調整合成參數。

動物植物間的攻防大戰--生物抑制劑探究

10%的芒草醋液、芒草灰燼淬取液對紋白蝶幼蟲和果實蠅成蟲的致死率高達90%以上。5%的芒草醋液和芒草灰燼液對已發芽的大花咸豐草和稗草生長抑制率高達90%以上。芒草醋液對外來入侵昆蟲生長具明顯抑制作用。芒草醋液可提升水稻產量達13.8%,提升玉米產量達15.5%。真菌細胞的細胞壁和所有昆蟲的體表,都是幾丁質構成,都會被醋酸和芒草醋液等有機酸溶液破壞。芒草灰燼,可避免蝸牛爬入取食蔬果。芒草醋液的成分物質主要有丙醛、乙醇、甲酸、苯酚。丙醛和乙醇對動植物生長影響不大,2.5%的甲酸+苯酚可達到對紋白蝶幼蟲和東方果實蠅成蟲100%致死率。甲酸和乙酸,可破壞幾丁質,讓苯酚進入蟲體而致死,故甲酸和苯酚互為協同劑。芒草醋液為非常有效的純天然生物農藥。

不要「碳」氣!自製氣瓶探究碳捕捉材料的吸附效能

工業革命後,人類排放至大氣中的二氧化碳(化學式CO2)逐漸增加,若不及時控制將會導致全球氣候變遷。但我們認為僅減少CO2排放量是不夠的,應該更有效率的捕捉它,於是我們設計了一系列實驗來驗證我們的想法。為了有穩定的CO2供氣來源,我們成功自製了CO2氣瓶,經過改良後以排水集氣法得到時間和體積變化有很好的線性關係,能替代笨重的鋼瓶。接下來CO2多寡的測量是選用碳酸氫鹽指示劑的顏色變化來量化,方法是通入不同時間的CO2到指示劑後再用分光光度計測量其穿透率,再利用此穿透率區間回推每公克矽膠乾燥劑能吸附多少毫升的CO2,建立一個科學實驗模式後應用到其他生活中具孔洞的材料中,並進一步探討不同材料間吸脫附重複率的效能。

「海」底「氯」蠵龜~生物可分解的吸管之探究

本研究利用海藻酸鈉和氯化鈣的交互作用,做出可分解的吸管,並改良一台吸管製造機。添加不同材料製作吸管,成功做出很像塑膠的海藻膠吸管,遇到酸鹼溶液會變色的紫高菜、蝶豆花吸管。影響吸管成形速度是氯化鈣的濃度和浸泡時間,以氯化鈣25%浸泡16分鐘最快,海藻膠的最佳比例為2%。製作吸管以沾取法10秒最快,做出來的吸管必須建立在支撐物上。腐化實驗以海藻膠紙吸管1.74g最好,因海藻膠薄膜分解較快,海藻膠吸管1.4g其次,吸管泡水實驗,因為水中沒有微生物,吸管不會被分解。吸管乾燥方式以除濕機效果較好,烘乾吸管的溫度以20度較不容易變形。使用UV光消毒,成功讓菌落數由45個降低成0個。成本估算上海藻膠吸管一枝約0.8元,使用沾取法更便宜。

以卵黃細胞模擬紅血球在血管中之流動表現與潛在應用價值

本研究藉由觀測雞卵黃細胞在7種生理情況中之運動情形,藉由蒐集相關參數,如細胞形狀、運動速率及其對應側截面積,建模出無需侵入性取血樣,即可評估細胞處於何種生理狀態之模型。111年10月起為求模擬紅血球之較佳研究對象,先建立基本資料,透過各種嘗試,探尋出雞卵黃細胞在經過何種處理後,最適合模擬紅血球運輸型態;接續進行細胞形變與運動速率、截面積、不同生理情形下對應的血液濃稠度……各變項實驗。研究結果顯示,細胞在運輸過程中可藉由轉換形變策略來調節其運動速率。本研究證實影響細胞形變的因素包含血液所造成的流體阻力、細胞質的流動性,特別是當細胞處於酒精濃度≧0.5%的環境時,此時細胞質會限制其形變,導致運動速率無法被調節。

成雙成對

本作品源自澳洲 AMC 2017 考題,原題要求在8X8方格中塗黑色或白色,但在任一2X2的方格中都需符合2黑2白的要求有幾種排法。 我們用黑、白棋排列方法與前一行相關的特性,找出對偶型連接與自身連接策略,求出原始問題的一般化公式。並延伸至立體方塊時在各方向剖面中皆滿足任意2X2X1的方塊皆有2黑2白的排列數公式。 最後討論以正三角形組成的平行四邊形中,任意4個小正三角形組成的「成雙三角形」中也需符合2黑2白的要求。雖然三角形的組成模式與方格不同,但仍然有排列方法與前一行相關的特性,最終將由三角形組成的2列1行與3列1行的平行四邊形分成數個類型,並求出各類型的相互連接關係,進而找出在2列與3列三角形成雙成對排列數的遞迴關係式。

噪音變樂音~磨鳥笛

摩擦音一向是令人不悅的噪音,經由實驗自製出聲音多變的磨鳥笛;發聲原理不同於販售的數種鳥笛,從磨鳥笛組成要件〜木頭材質、螺絲粗細、紋路、扭力大小、比對鳥叫聲探究: 1. 磨鳥笛要能夠發聲須注意木材硬度、螺絲紋路、螺絲直徑、摩擦角度等特性。 2. 發聲結構體(木材)硬度在600~1800最合適,例如:櫸木、雲杉、松木、桑樹。 3. 螺絲直徑5~6mm,細牙,牙距0.5~0.75cm,深度0.3~0.5cm最適合當作摩擦體。 4. 木材含水量多寡影響聲音有無、高低音及泛音的變化,與螺絲轉動摩擦力大小有關。 5. 改變扭力大小與角度,造成螺絲鬆緊度改變產生不同音頻和音量的轉換。 6. 增加摩擦力可讓磨鳥笛聲音擬真度提高,扭力與振幅成正比。 7. 螺絲深度(h)∝音頻(f),木材半徑(r)∝音頻(f)結果顯示為負相關。

面面俱到-利用震源分布建立斷層面

為了降低鑽探所耗費的資源和資金,我們開始思考如何運用低成本的方式去呈現地底下的世界,發現可透過地震震源迴歸出板塊隱沒帶,萌生出運用地震震源計算斷層平面的方法,因此我們用「2018/02/08吉安地震」、「2022/09/17關山地震」、「2022/09/18池上地震」、「2022/09/18富里地震」、「2022/06/25 光復地震」、「2018/02/06花蓮地震」這六個地震為參考資料,並且使用Python-sklearn中的LinearRegression函數建立線性迴歸模型且使用 fit 函數對模型進行訓練,最後用3D列印的方式呈現出花東縱谷與中央山脈斷層的差異,可發現兩斷層皆為南北走向,花東縱谷斷層的角度為68-54度,且由北到南傾斜角度漸漸趨緩,但皆為東傾,而中央山脈斷層則為西傾,角度皆在60度左右。

花容失色-鳳凰花的旗瓣為何會先凋零?

鳳凰木的花朵擁有五片花瓣,上方花瓣與其他紅色花瓣不同,是白色底紅色斑點根據文獻,這片花瓣稱為旗瓣,功能是作為蜜標來吸引傳粉者。研究觀察發現鳳凰花的旗瓣會先捲曲凋零和蜜標存在的功能互相矛盾,本組推論與環境、授粉有關連。經研究發現旗瓣凋零與生長環境、花粉及花蜜是否被採集無關與授粉方式有關。異株授粉導致旗瓣凋零的時間提前同株異花授粉旗瓣凋零的時間與自然狀態相近自花授粉、無授粉則導致旗瓣凋零的時間延後。異株授粉對鳳凰花而言是有效且成功的授粉,會導致旗瓣提早凋零,將蜜標隱藏,提高其他尚未有效授粉花朵成功授粉的機會,並且產生成熟的種莢。無效的授粉會導致旗瓣凋零時間延後藉此等待有效的授粉機會。

烈日當頭「糟」亮你我-探討金門高粱酒糟萃取物作為防曬品之可能性

金門高粱酒糟年平均產量約7.2萬噸,目前多數以廢棄物方式送台處理,因此,我們希望以環保角度思考,試圖找出酒糟其他應用的可能性。過去研究曾發現酒糟萃取在紫外線波段有較高的吸光值,我們推測其具有防曬的潛能。因此以水、甲醇、丙酮、乙酸乙酯、甘油等溶劑在不同溫度中萃取酒糟,並進行紫外線阻隔實驗,結果顯示,當厚度足夠時,以甲醇70℃、甘油50℃、70℃及丙酮70℃萃得樣品對於紫外線A及紫外線B能有100%的阻隔;而在陽光下,以甲醇70℃萃取樣品以1:1比例混合護膚乳時,可達71%的阻隔效果;塗抹人工皮的實驗中,也以甲醇70℃樣品混合絲瓜水的效果最佳。本實驗初探得酒糟應用於防曬之可能性,希望能創造環保再生又高經濟價值的酒糟利用模式。