全國中小學科展

臺灣

以電場及奈米微粒提昇普魯士藍鈉二次電池的效率

本研究製作可以容納鈉離子進出的宿主材料NaFe[Fe(CN)6]普魯士藍(Prussian blue, PB),塗佈在鋁箔上製成陰極板,配合陽極鈉金屬板,壓製成二次鈉電池。本研究創新在於(1)使用PB 奈米微粒; (2)塗佈電極時添加鎳奈米微粒或銀奈米微粒,以協助充放電時的氧化還原反應效率; (3)陰極漿料置於 143 V/mm 電場下陰乾,推動立方 PB 以垂直於陰極板的方向排列,正向面對鈉離子的流動方向,提升鈉離子嵌入或脫嵌 PB 的效率。連續充放電循環,發現添加金屬奈米微粒或陰極板在電場下陰乾,均能有效提升電池電容量及穩定度。以 39 nm普魯士藍微粒添加 15% 82 nm 銀奈米微粒,在 143 V/mm 電場下陰乾 24 小時,電容量得以提升 3 倍,並在 50 次充放電循環後電容量未見衰退,維持在 90 mAh/g。

居家隔離排風方式研究-以負壓隔離病房為範本

本研究以負壓隔離病房為範本,針對居家隔離排風方式進行研究,探討風速、送風口面積、模型長度與長寬比,對負壓差值和風量比的影響。相較於其他研究,本研究以一般房間作為實驗對象,並以每邊縮小十倍的房間模型來進行實驗,再將實際測試數值和理論數值進行比對。結果發現:排風扇風速與負壓差值呈正相關;送風口面積和空間體積與負壓差值呈負相關;排風扇與送風口面積比值為1~ 2之間時,風量比最接近理論數值。回推實際情況後可知:在2.46坪的套房留下 303 ~ 606 cm2的送風口,安裝風速 4.73 ~ 14.33m/s 的排風扇,可達負壓差值標準,增加居家隔離的安全性。

柔性光柵其光學特性與力學分析之研究

光柵作為常見的分光元件,應用於許多光學儀器中,但光柵普遍彈性較差硬度較大,使光柵應用受到了侷限,因此本研究以有著彈性佳與易形變特性的PDMS作為柔性光柵的材料,對其不同厚度與彎曲程度進行一系列的測試。為了找出厚度、彎曲曲率與繞射效果之相關性,進行了不同厚度柔性光柵之繞射點分析實驗,由實驗結果可知增加柔性光柵越厚會使其彎曲時第一亮紋改變率增加,反之。為了試驗柔性光柵受到不同施力方式其分光效果是否有所差異,故進行了拉伸與壓縮的方式形變柔性光柵,結果得知其拉伸時軌距會被拉大,壓縮時則會被擠壓變小。研究最後想了解利用PDMS複製類似光柵的結構是否也有分光效果,實驗結果發現指紋能夠分光,希望後續能將其特性實際運用。

「墊」力人生

多數學生午休曾有腿部產生不適的情形發生,本實驗探討如何改善午休時大腿壓迫產生的不適感,利用三種瑜珈墊做為舒壓墊實測是否有顯著改善不適,並透過數據分析改善腿部不適的因素。 為了解舒壓墊的減壓能力,記錄重物壓在舒壓墊上的形變量,4公分厚TPE形變最明顯;2公分厚NBR形變較大。使用問卷調查法,多數人認為NBR材質較為舒適,NR材質較不舒適,為使結果更接近實際使用情況,我們進一步以手機拍攝兩種舒壓墊形變過程並用Tracker進行分析,試圖找出NBR較舒適的原因,發現NBR的形變軌跡較NR明顯,再利用錶式血壓計來檢測趴睡時下肢在兩種舒壓墊上的壓力分佈及大小,得知NBR的減壓能力比NR更好,因此我們認為舒壓墊的形變軌跡與減壓能力和舒適度有正相關。

以繞射光柵進行建物震動測量之探討

本研究利用光柵繞射原理,結合慣性振盪之單擺,探究震動造成繞射光點間距變化關係,以光點振幅測量震動,建立以光學繞射變動結果顯示結構震動之響應關係。先確定光柵片旋轉、擺角改變對於繞射光點位置偏移,並以GeoGebra軟體分析函數關係,接著測量實際結構震動之加速度與光柵繞射光點位置的動態變化關係,藉此分析地震造成建物擺動時,光柵繞射光點間距變動的關係與趨勢函數,並由訊號反應建立結構震動之繞射光點振幅變動的響應關係。以標準震動訊號產生平台,量化之振動訊號強度,測量出本研究裝置在二維平面之地震訊號測量之表現,獲得二維震動訊號方向分量之關係。並以OBSPY程式分析裝置所測量之震動頻譜圖,確認繞射光點振幅變動可顯示地震訊號之特徵頻譜,更進一步採用Python開發繞射光斑即時影像追蹤軟體,成功透過裝置分析環境的震動響應。未來希望能微小化裝置,以監測建物震動,作為區域範圍測量地震對建物影響之發展基礎。

線蟲土壤食物網監測模式建立與功能性調節

將線蟲世代短、生物量大、分布廣泛以及多樣化的功能等優勢,用於監測並調節土壤服務與食物網功能。其中拭鏡紙搭配柏門式漏斗分離土壤線蟲的效果最佳,並建立新型線蟲土壤食物網監測模式,改善過去無法觀察土壤食物網組成問題。藉由文獻數據分析與自行採樣結果,發現線蟲功能群因土壤肥力或擾動改變,且c-p1與c-p2功能群線蟲的占比間高度負相關(-0.6>R>-1),可深入探討各功能群間的交互作用,但成熟指數過高(MI=3.17)可能影響新模式分析。此外,初步探討將線蟲接種至土壤中,調節土壤養分與土壤食物網組成,期待未來能夠透過更長時間實驗觀察,提升線蟲對各種土壤食物網最佳的功能性調節模式,為土壤的永續發展做出更具體的貢獻。

四角網格利樂棒的探討

此研究主要探討將利樂棒填入不同之矩形及阿茲特克鑽石網格圖形,研究重點放在以二棒、三棒、四棒的單一或任取兩種元件分別探討不同比例的組合,可成功覆蓋圖形格線的情形,研究發現,不同元件可透過擺放位置及棒數計算,利用著色法、窮舉法、遞迴式及數學歸納法等不同方法,分析成功覆蓋及無解原因,加以歸納說明,並將其可擴展之矩形邊長及鑽石階數以一般式呈現。

螺震舞鬥——探討螺絲下滑的震盪現象

當一個螺絲以一定角度擺放於平整的斜面下滑時,螺絲的擺盪振幅也會隨著下滑的距離增加。我們以此現象為基準去設計更符合我們所需要觀察數據的自製螺絲,我們以角錐為模型去設計不同直徑、角錐角度以及螺桿的自製螺絲,並以滑軌錄影的方式再透過Tracker去分析不同的擺放角度和螺絲下對其震盪增幅的影響,最後繪製圖表歸納其中不同數據的相關性。而我們也利用物理分析去驗證我們實驗所得出的結論並解釋螺絲震盪的現象。

微型鋅銅電池

課本中的鋅銅電池,藥品用量大,鹽橋製作也較費時,製作完成後,又會面臨電流過小以及不穩定的問題,這種傳統鋅銅電池約能產生2mA左右的電流,並無法使毫安培計有明顯偏轉,但又會超過微安培計測量範圍。歷屆科展的改良方式,是提高藥品濃度,或將鹽橋以玻璃紙代替,又或是將硫酸銅硫酸鋅做成凝膠,這樣製作較費時且較不利於回收再利用。我們嘗試在歷屆科展資料中找尋影響電流的關鍵因素,再設計微型鋅銅電池原型。最後,我們製作出用量僅傳統鋅銅電池藥品用量 1/10,但電流提升數倍的微型鋅銅電池,能讓毫安培計偏轉更明顯、藥品能回收反覆利用多次電流不衰減、能驅動LED,能在低用量低濃度即能使微安培計良好運作,又便於探討各種變因影響的電池。

琉璃蟻退散-用UV燈防治疣胸琉璃蟻

農業用藥、淺山開發與氣候變遷等因素造成近年疣胸琉璃蟻的數量失控,臺灣多個中、南和東部縣市已受疣胸琉璃蟻嚴重侵擾,過去的硼砂/硼酸餌劑雖環保有效,但仍有諸多不便,如需頻繁更換、不易維持環境整潔且不適合放在電器或怕潮濕的空間。但由於密閉空間如配電箱很容易被疣胸琉璃蟻築窩,我們想了解如何解決此問題。我們的研究藉由在配電箱內架設UV燈管與日光燈管,發現燈光能有效防止螞蟻入侵,即便入侵也能在一 週內趕跑數千隻螞蟻,且UV燈防治效果更優於日光燈。我們找到了一種環保;適合裝設於電器內部與密閉空間;更換頻率低且能維持環境整潔的防蟻方法。希望此研究能讓大家可以更省力且更有效率的來防治疣胸琉璃蟻。