全國中小學科展

臺灣

進擊的「葉」電~光化合一的葉綠素電池

本研究為新型改良式葉綠素電池,兼具化學電池與染料電池的優點,是具有成本低、體積小、可自行替換凝膠並重複使用,能解決傳統電池液外漏及電極成本高的問題,是有潛力與發展性的綠色能源電池。本實驗結果顯示,新型葉綠素電池結構的特點,具有一體成形的外殼,選用石墨碳氈與鋁棒當電極,中間填充最佳比例的碘酸鉀、碘化鉀、葉綠素和水晶凝膠,在手電筒的照光下,電解質經化學反應可自行生成碘,可作為葉綠素電池的第二個電極,其發電效率是歷屆科展之冠,電池編號10的瞬間電壓與電流可達1.07伏特與38.4毫安培,其電池壽命在209小時,電壓亦可維持1 伏特且電流隨時間增加可穩定發電,可應用於緊急充電與LED 燈泡照明使用。

來電不來電

本作啟發自線上的影片「Can you solve the giant iron riddle?」,內容是在有外觀無法辨認的4顆有電與4個沒電的電池中,在一次只能取2顆電池測試的限制下,以最少的次數找到2顆有電電池的方法,結論是以分組的方式進行測試會有較佳的結果。本作先驗證影片的方法有效後再進行推廣,得到找出2顆有電電池較佳的方法為分組法或直接取法。再嘗試推廣至取3顆電池的情形,發現除了分組法與直接取法外,還可使用「X2Y1循環檢查法」。最後改良「X2Y1循環檢查法」後,不但可以有系統地測試所有可能的情形以外,能更有效地減少測試次數,提高尋找有電電池組的效率。

入侵種斑腿樹蛙對彰化青蛙多樣性的影響

利用夜間調查與Excel資料分析2008~2023年1月的資料顯示,彰化平地黑眶蟾蜍最易見,其次為澤蛙、斑腿樹蛙、貢德氏赤蛙等8種。而淺山地區依序為拉都希氏赤蛙、黑眶蟾蜍、澤蛙、貢德氏赤蛙、斑腿樹蛙等15種。分析黑眶蟾蜍、澤蛙、斑腿樹蛙與貢德氏赤蛙,牠們鳴叫的季節與環境非常類似,顯示可能有繁殖或蝌蚪上的競爭。探討彰化在斑腿樹蛙入侵前後青蛙種類與數量的變化,發現平地的貢德氏赤蛙在數量與分布上都明顯變少,淺山的貢德氏赤蛙與布氏樹蛙的數量似乎也變少。利用夏農生物多樣性指數來進行各年分析,其變動與中部年雨量有一致性。進一步利用兩棲類調查志工的資料分析全台斑腿樹蛙入侵區32個樣點中,有16個有貢德氏赤蛙減少的現象,需要後續持續追蹤。

「百頁」千嬌~低脂高纖百頁豆腐製作之探討與分析

市售百頁豆腐含大量油脂,高熱量讓人卻步,本研究探討降低油脂和添加膳食纖維粉的可行性, 並提出配方供自製時之參考。 首先自製硬度測試器、壓縮力測試器,並不斷修正器具以降低誤差和提高準確性,其次藉由實驗瞭解各原料對百頁豆腐品質的影響。實驗發現:大豆分離蛋白粉比例、油脂和澱粉的種類與添加比例、 黏著劑種類、不同膳食纖維粉、酸鹼性與鹽類等,都對百頁豆腐品質具有影響。 建議:依個人喜好選用不同風味的油脂 並降低至10%以下;澱粉以樹薯粉5~6%為佳;黏著劑以蛋白粉3%或以雞蛋取代能提升乳化作用也更加嫩滑;酸性、鹼性皆會降低硬度;以冷凍法貯存能增加孔隙及延長賞味期限。本研究提出低脂高纖百頁豆腐配方是健康又可行的。

奈米氧化鐵銅複合體應用於腫瘤協同治療

本研究結合奈米技術及生物醫學,創新以牛血清蛋白為載體,以一步法合成全新CuxFe3-xO4@BSA-IR780(CFO@BSA-IR780)多功奈米複合材料。材料鑑定由TEM、UV-Vis等儀器進行組成及性質分析。 材料中BSA賦予其優異水溶性;鐵離子有益在腫瘤觸發內源性H2O2產生活性極高的氫氧自由基,進行化學動力治療(CDT)。且光敏劑(IR780)讓材料呈紅色螢光,在近紅外光照射兼具光熱(PTT)與光動力治療(PDT)特性。 然而腫瘤內源性穀胱甘肽(GSH)過量會消除自由基,限制CDT/PDT效果。因此材料摻雜銅離子,藉氧化數變化增強療效。 後續更將CFO@BSA-IR780實際運用於细胞測試、螢光顯影與MRI檢測,確認低毒性、治療效果佳,並率先結合兩種診斷。成功發展具CDT、PDT、PTT及腫瘤顯影之多功奈米複合材料,以多種方式提升效率並降低傷害,提供醫學新興之藥物材料。

魔鬼藏在細節中-實時影像隱藏浮水印

本研究旨在透過DCT-SVD演算法,即時對動態影像,嵌入人眼幾乎不可見的浮水印。經過測試,該演算法具有一定的抗攻擊性,可以保障影像受到他人壓縮、裁剪等操作後,能還原嵌入的浮水印資料。 嵌入的浮水印有多種用途。舉例來說,版權方可以在動態影像中,嵌入可辨識被授權者資訊的資料。當被授權者私自將影像給予未授權者,版權方可以透過還原浮水印的方式,追蹤違反授權的被授權者,並採取必要的法律行動,以保障版權方的權益。或者反過來思考,對於監視器畫面之類需要做為證物的影像,當偵測到浮水印遭到破壞時,就代表該影像經過人為修改,可能不具有法律效力。

使用電漿輔助化學氣相沉積及雷射退火於玻璃基板上成長結晶鍺薄膜

單晶矽被認為是製造太陽能電池的最佳材料,因為它在地球上儲量豐富且具有優異的光電性能,但其大量的應用受限於其成本和轉換效率。 單晶矽太陽能電池通常通過將單晶矽晶柱切割成350到450微米的切片來製造。現有的技術方法無法將其縮小到更小的規模,因此其發展面臨著開發複雜製造工藝和高單晶矽片生產成本的障礙。近來,在便宜玻璃基板上製備的薄膜太陽能電池成為重要的發展方向,可以減少矽層厚度來降低成本和材料消耗,同時可以有效減少載流子的複合,進一步能夠提高轉換效率。 本研究成功通過電漿輔助化學氣相沉積在玻璃基板上生長出非晶鍺薄膜,並利用雷射退火將非晶鍺薄膜轉化為多晶鍺薄膜,接著將進一步發展控制退火過程溫度的時間空間演化,以進一步做出高品質單晶鍺與矽薄膜,並應用在超薄膜太陽能電池上

Human-computer Interaction-based Millimeter-wave Radar Gesture Recognition

本研究提出了一個毫米波雷達即時動態手勢辨識技術,透過幾個簡單的手勢取代鍵盤和滑鼠來操作應用程序,從而提供更生活化和直覺化的人機介面。我們透過手勢屬性分析、手勢訓練資料格式選擇評估、學習模型效能評估和系統實測性能分析,以提高手勢控制人機界面的實用性。我們的學習模型採用一大小為415 KB的1DCNN+LSTM混合模型支持四個動態手勢,並在德州儀器的FMCW雷達評估板上以30 FPS的採樣速度進行手勢識別。我們在7個用戶(包括5個右撇子和2個左撇子)的多媒體撥放實際測試中達到94.5%的操控準確率。此外,我們的方案在實驗室環境之外的複雜空間中操控應用程序,也不會有明顯的辨識錯誤的情況發生。

UVB induced TRPV1 and TRPA1 expression in skin keratinocyte and dorsal root ganglion cells: a plausible cause of warm and pain by sunlight irradiation

陽光晒到皮膚,人體會感覺到刺痛以避免過強紫外線的曝露。但皮膚為何會有刺痛的感覺呢?過去對光的生體受器著重於眼睛錐及桿狀細胞(Opsin 1/2),但它們在背根神經元 (DRG,周邊神經末端主體細胞)的表現並不多。TRP channels表現在皮膚及神經。TRPV1是一種痛覺受器,活化時會有鈣離子通透,Dr. Julius因它得到2021諾貝爾獎。TRPV1/A1可受溫度、酸度等活化,但DRG細胞表現的TRPV1/A1,是否會因紫外線(UVB)照射而影響,並導致鈣通透,目前並不清楚。我以不同強度UVB照射人類角質細胞或大鼠DRG,以螢光顯微鏡及流氏細胞儀測量TRPV1/A1蛋白質表現,以實時影像來作動態鈣離子分析。結果顯示UVB在10 mJ/cm2可增加DRG的TPRA1/V1表現,但UVB在5mJ/cm2照射DRG細胞後,只增加TRPA1而不是TPRV1的表現。在皮膚的角質細胞,不管是使用螢光顯微鏡或是流氏細胞儀,UVB在20mj/cm2以上的能量強度會造成角質細胞的毒性,以10mJ/cm2 UVB照射角質細胞,則會增加角質細胞的TPRA1及TRPV1表現,其中又以TRPA1的增加較明顯。惟UVB照射對細胞鈣離子通透的實時影響不大。我的結論是,UVB照射增加角質細胞及DRG的TRPA1/V1表現(特別是TRPA1),這些改變可能與光照引起之麻痛有關。

潛水艇的潛水功能之設計與探討

國造潛水艇正緊鑼密鼓的進行中,我們藉由很多國家的協助才有辦法建造,我們想透過實作來了解潛水艇設計上的困難。我們的目標就是想做出一台可以透過遙控的方式,讓潛水艇可以從水面潛到水面下,再從水底浮出水面的裝置。經過文獻查找,這是利用改變機器的密度來控制的,其中有分成改變重量或改變體積。當決定方向後,從選用適當的外盒,一直到實驗過程中發現有一些一開始我們沒有想到的問題。在改變密度的過程中,有彈性的容器很容易因為操作的方式改變了它的體積,變成很難操控它的密度。最後,我們還是成功的製作出可以透過遙控而讓機器沉與浮的裝置。藉由這次的體驗,更進一步的了解到為什麼做一台潛水艇是一件難度很高的事情。