全國中小學科展

臺灣

氧化鎢摻雜銅原子於人工光合作用之應用

光觸媒被視為極具潛力解決二氧化碳過度排放的方式。二氧化碳因線性且高鍵結強度(~532 kJ/mol)的結構,當催化劑吸附二氧化碳分子並提供電子時,可降低二氧化碳最低未占分子軌域能階位置,有助於其進行氧化還原反應,轉化成再生能源。 本研究使用三氧化鎢(WO3)並摻雜不同濃度的銅原子作為主要光觸媒,期望銅能扮演施體(donor),提供額外的電子,幫助二氧化碳光催化反應。我們藉由穿隧式電子顯微鏡(TEM)觀察樣品結構,利用拉曼光譜儀、X光繞射分析儀器(XRD)、X光吸收光譜儀(XAS)確認摻雜形式; X射線光電子能譜儀(XPS)得知銅的實際摻雜濃度。以紫外光-可見光光譜儀(UV-Vis)測量吸收光譜,最後以氣相層析儀(GC)分析光催化結果。我們目前成功配置出摻雜五種不同濃度銅的氧化鎢,光催化結果可發現摻雜銅確實有助於二氧化碳的轉換。未來希望提高產物一致性,成為高效的再生能源,實際應用改善環境。

牛樟芝萃取物改善糖尿病性視網膜病變──以果蠅實驗模型為例

糖尿病性視網膜病變(Diabetic Retinopathy,以下簡稱DR)是糖尿病主要的併發症,是造成後天性失明的主要原因。我國含有高糖的飲品在年輕族群盛行,可能是造成糖尿病罹患率年輕化趨勢的原因,這是我們中學生必須關心與解決的切身問題。本研究發現牛樟芝萃取物在視力功能上能夠改善糖尿病性視網膜病變果蠅的趨光能力與視網膜電位;在視網膜形態學(morphology)上,複眼結構及光感受器排列可被觀察到由凌亂漸趨完整。在粒線體(mitochondrion)與蛋白表現上,能避免粒線體受損,維持粒線體數量和能量代謝,並降低細胞凋亡(apoptosis)相關指標如cytochrcome c和cleaved-caspase 3表達,同時也促進抗氧化因子(antioxidants)如Catalase和SOD1表達,顯示牛樟芝萃取物具有改善DR的潛力。

液滴撞擊平板耗散能量之變因

本研究探討液滴碰撞時各種變因對撞擊前後耗散能量的影響,主要以直徑、速度、黏度作為變因進行實驗。實驗前,先完成接觸角、表面張力、黏度與密度等基本量測,再利用高速攝影機測量出液滴直徑、最大擴張直徑與液滴撞擊速度,將其數值代入能量守恆式,計算出耗散能量後,發現它受到直徑的二分之一次方、速度的二分之三次方、黏度的二分之一影響,其中黏度也會造成能量與韋伯數關係圖的斜率些微變化。

影像辨識 PCB電路板回收定價機

因應氣候變遷碳,國際興起碳中和與循環經濟熱潮,而廢棄電子垃圾就像是一座城市礦山,蘊藏豐富的回收價值。本研究運用深度學習物件偵測來辨識廢棄PCB電路板上的有價值零件,以YOLO物件辨識方法建了一個AI影像辨識電子零件模型程式、常見PCB電子零件的金屬成分含量、紅外線影像處理,以及運用PID控制和圖像處理來控制傳送帶。實作出一個能估算廢棄電路板回收價值的原型機。其結果顯示對於鋁金屬和銅金屬有相顯著的回收效果。本研究希望讓大眾意識到廢棄家電的潛在價值,增進電子廢棄物意願,促進再生金屬產量,實現碳中和終極目標。

關鍵的0.5℃

我們想從提升實驗室中長晶的效率,來製造漂亮的寶石。因此先從硫酸銅的長晶開始,將晶種移到用Arduino電路板裝設的半自動長晶儀器中,用程式去控制攪拌速度及溫度。經過多次的測試,了解長晶的各種參數,最後總結出最佳的長晶策略是:把長晶的溶液攪拌速度調低,加上每1.5小時的人工上下攪拌,從準安定區的高溫邊界57.5 ℃,每1~2小時以0.5℃階梯式的降溫方式、降到比不安定的邊界高0.5 ℃,以不斷創造最高的過飽和濃度。經過6小時,每小時長晶量越來越多,所以長晶的最後階段、每次降溫0.5℃是很關鍵的!接著我們將結晶系統改成氣泡式全自動的方式,使濃度可以自動上下左右混合均勻,因而提高了長晶量,使探索各種晶體的成長機制更有效率!

「糞」憂解勞-鳥糞清除器探究

清理鳥糞是養鳥人士最頭痛的事,每日清理集糞盤會讓人覺得繁瑣;又如果累積到一定的量才去清理,家中環境都會飄散著鳥隻的羽粉和羽屑,造成過敏。因此本研究運用ESP32板和ESP8266板可遠端控制也可近距離手動控制清除模組及鳥糞辨識。 清除模組需不鏽鋼條固定在汙水盆上,並架設方形固定架來使鳥籠穩固。出水孔的位罝要設置在刷毛的上方,渦桿上用矽膠軟刷毛且轉速要快,才能增加清洗的力道且不會傷害輸送帶。輸送帶的材質要用0.8mm NR橡膠墊、不噴灑任何防水、防油的清潔劑且輸送帶的轉速要慢,讓渦桿上的矽膠軟刷毛完全貼合輸送帶,如此,效果才會最好。 最後整合智能晶片、「清除模組」、「鳥糞量辨識模組」並使用4K短焦攝影機製作出小型寵物鳥照顧器。

不讓Uber吃掉你的荷包~智慧化購物平台建置

本研究旨在建置一個比Uber具更高透明度、使用者成本更低廉,並兼顧商家、外送員、消費者及平台四方獲利的購物平台。現有研究多聚焦於四方互動,但對於平台資訊透明度不足,導致安全疑慮及交易成本增加的問題研究較少。本研究通過文獻探討及訪談,找出 Uber的缺點,並利用Anaconda3、ThingSpeak、TOMTOM API、Thunkable及Python建置購物平台。平台將實時偵測龜速車提醒,為消費者提供最快送達或運費最低的訂單,並為外送員自動篩選最快送完或最高運費的訂單,以提高各方滿意度與收益。研究顯示,此平台能讓外送員薪水、商品訂單價格更透明;各方能利用平台數據調整運用;以較低抽成 讓四方獲利;以虛擬代幣提升交易安全;並增加篩選友善外送員、消費者與商家的機制。

沃辛頓射流控制術-不對稱邊界的影響

沃辛頓射流是指物體掉入液體中後,在液體下形成空腔,經由表面張力的作用,空腔收縮並向上噴射的水流。瞭解射流機制與抑制射流引發的噴濺,在機械潤滑與公衛領域是重要的課題。本研究透過空腔與容器的交互作用,影響射流的形成空腔形變會改變表面張力的合力方向,使得局部收縮速率不同,進而影響射流的高度與方向。透過改變空腔兩側形變的程度,我們可以有效控制射流偏移方向,本研究進一步透過自製頂針,讓空腔局部變形,藉此產生射流偏移,證實張力波並非射流偏移的主要因素。本研究的成果,為射流的 研究提供一個新的觀點:空腔弧度大小決定收縮速率與方向,未來可藉此影響空腔收縮,協助科學家降低空蝕現象對機械的破壞。

染料敏化太陽能電池性質研究

本實驗我們主要使用LED燈做為光源來對比接近太陽光波長的白熾燈,並使用碘液對比I- /I3- 電解液。我們發現當二氧化鈦膜燒結溫度在300~450度間以及當二氧化鈦膜面積為5cm2、浸泡於染料時間20分鐘時效果為最好,便在後續變因下維持這些因素。此外,我們也自行萃取出花青素、葉綠素、兒茶素三種天然染料來做比較,並透過太陽光能轉換效率公式計算出電池效率嘗試找尋效果最好的天然植物,後續也以此為根據嘗試了混和不同染料。同時,我們藉由觀測LED燈與近似太陽光波長的白熾燈照射下的結果來進行電池性質的比較。

利用免疫螢光染色探討胞外基質在果蠅老化過程中對生殖幹細胞流失之影響

幹細胞具有自我更新與分化的功能,對於組織修復至關重要,於特化微環境,稱為龕。龕會與幹細胞直接接觸並透過分泌訊息因子維持幹細胞的特性。然而隨著生物老化,龕功能會隨之下降,間接影響幹細胞數量與活性,並導致組織無法修復而衰老。幹細胞如何應對老化龕以及老化對於幹細胞直接影響還不清楚。本研究利用果蠅睪丸生殖幹細胞(GSCs),探討老化對GSCs流失的影響機制。 實驗室研究發現,當公果蠅老化,一種分泌型胞外基質蛋白Perlecan(Pcan)會在GSC與龕周圍積累,導致GSCs無法直接接觸龕而流失。因此Pcan的累積與老化引發GSC流失是直接相關的,然而Pcan是由哪種細胞分泌目前尚未了解。