全國中小學科展

臺灣

「電」有所流,「磁」有所場,「水」有所動

透過右手開掌定則與磁流體動力學,我們得知當我們在電解水中施加磁場可以使水流動。基於這一點,我們探討了電流對水流流速的影響,並假設勞倫茲力公式吻合此實驗,即電流與流速會呈正比關係。 實驗結果證實了我們的假設,當電流增強時,水流的速度也會隨之增加。隨後我們開始探討電極片間距離及磁場是否也會對流速產生影響,最後實驗結果顯示流速與電極片距離會成負相關,與磁場強度呈正相關。這些研究成果讓我們對磁流體推進學的應用有了更加深入的了解,並希望能藉由這種方式為未來海上交通方式增添新的可能。

鈦藻膜—環保光催化材料結合微生物燃料電池之效能探討

我們從聯合國永續發展項目SDGs中,選擇與台灣密切相關的第14項“保育海洋生態”作為我們的研究主題。為了解決原油洩漏造成的污染,我們結合課本提到過的光催化技術,自行研製出了奈米級二氧化鈦-海藻酸鈉小球(以下簡稱鈦藻球),並結合MFC微生物燃料電池技術,企圖解決此問題。本實驗我們選了可自然分解的海藻酸鈉凝膠,替代文獻中塑膠海綿作為光催化載體材料,使裝置的光催化部分完全對環境沒有危害。分解的過程中先利用TiO2的光催化特性,將高分子有機污染物高效分解成小分子有機物,再由MFC微生物燃料電池分解成無害的生物代謝產物,整個過程將相比起現行的處理方式,更加環保,並在過程中產生能源 ,達到永續目的。

離子風暴機

本研究開發之特斯拉線圈驅動的空氣清淨機單顆成本為3199元,而雙顆成本6269元,相較市售高價且僅能過濾污染物的清淨機,我們的技術透過高能電場與負離子,主動殺滅細菌與病毒,有效破壞病原體結構,降低其存活率,特別適用於醫療環境如急診、病房與實驗室,可降低交叉感染風險。實驗顯示,特斯拉線圈產生等離子體能使懸浮微粒帶電,促進凝聚與沉降,顯著改善空氣品質。研究亦指出,臭氧生成需透過參數調整以確保安全性。整體而言,本技術具低成本、高效能優勢,未來可結合其他淨化手段,提升使用穩定性與長效安全性。

大氣電漿成長的氧化鋅結晶材料製作寬頻光感測器結合人工智慧辨識感測光之種類

本研究以大氣電漿技術在矽晶片上沉積氧化鋅薄膜,並透過不同溫度退火來最佳化材料特性,以製備高靈敏度的金氧半 (MOS) 光感測器,能偵測紫外光、藍光、綠光、紅光及紅外光等多種波段光源。大氣電漿技術具備操作簡便、無需昂貴真空設備、製程環保等優勢,並可有效提升材料性能。透過光學顯微鏡及掃描式電子顯微鏡分析顯示,退火溫度影響氧化鋅結晶品質,400 ℃與600 ℃條件下結晶較為明顯,且可由穿透式電子顯微鏡清楚地觀察到高溫退火會導致孔洞形成。此外,本研究利用半導體參數分析儀量測光響應特性,透過AI技術分析光響應波形以進行光源識別,有助於提升光偵測效率與準確性,為智慧光感測應用提供嶄新的技術方案。

「銅」「鋅」協力—指向型電鍍的研究

本研究旨在開發一種指向型電鍍技術,通過自製電鍍實驗裝置,並使用OpenCV和Python製作自動監控裝置進行電鍍時的影像處理,分析鍍層的顏色變化,從而準確測量鋅鍍層的厚度與擴散程度,提升電鍍精確度並減少資源浪費。研究中探索了不同電壓、濃度、電極來回移動頻率與鋅離子擴散抑制劑對鍍鋅時鋅擴散程度的影響。結果顯示,較低的電壓、濃度、電極移動頻率與加入擴散抑制劑能有效控制鍍層擴散,實現更集中的電鍍效果。

探索校園中有助於植物抵抗逆境之菌株

本研究旨在校園植物上篩選出使植物對抗逆境具有潛力的菌株。首先,將校園植物葉圈與維管束內部分離出的細菌進行生理生化分析及篩選後,分離出三株對植物生長無不良影響之 Priestia megaterium菌株。實驗結果顯示,P.megaterium能共生於番茄苗中,將番茄幼苗處理P.megaterium菌株兩週後,能協助番茄植株抵抗土壤鹽化而存活,或是當土壤環境有油污污染時亦能使植物維持生長,因此具有幫助植物抵抗不良逆境之潛力。未來則希望能更進一步 探討P.megaterium與植物間如何相互作用而抵抗逆境。

千錘百鍊—阿拉伯芥熱鍛鍊次數之研究

全球暖化對生物構成重大威脅,生物熱適應成為關鍵課題。本研究探討阿拉伯芥的制約學習及不同熱鍛鍊方式對短期後天耐熱性(SAT)與長期後天耐熱性(LAT)的影響。結果發現阿拉伯芥在經過200Hz聲音與熱鍛鍊聯結的訓練後,未顯示制約學習;多次間歇熱鍛鍊對SAT有顯著的累加效果,而LAT的提升則是持續熱鍛鍊較有效;藉由數學建模分析,增加熱鍛鍊次數、持續時數,SAT、LAT的耐熱能力會遞增但增益效應卻遞減,可依據建模因應不同需求來調整熱適應策略;分子機制上,SAT的增益效應可能與sHSP17.6有關,LAT則與HSP101及 HSA32有關,顯示不同熱鍛鍊方式可透過不同機制來調控耐熱蛋白的表現與衰減。這些成果深化我們對植物熱適應的理解,還為應對不同熱逆境提供具體精準的策略。

血流限制訓練在周邊神經損傷後肌肉萎縮復健中的應用:專家判讀與人工智慧量化病理分析的對比研究

本研究旨在探討血流限制法結合游泳訓練對於坐骨神經夾擠損傷後延緩大鼠肌肉萎縮的療效,並比較AI判讀技術與傳統人工判讀在肌肉細胞大小測量上的差異,分析兩者間的相關性與精確度。研究採用兩種方法量化肌肉細胞大小:(1)專家病理判讀:由專業人員進行傳統的顯微鏡下肌肉細胞大小測量。(2)人工智慧(artificial intelligence AI 醫學影像實例分割技術(instance segmentation):利用AI演算法自動識別並計算肌肉細胞的大小。期望藉由提供科學證據,支持血流限制結合游泳訓練在延緩神經損傷後肌肉萎縮方面的應用。同時,引入AI醫學影像實例分割技術,提高肌肉細胞大小測量的效率與客觀性,分析AI醫學影像分析技術在肌肉組織病理研究中的有效性,可為未來病理切片分析的參考模式。

榔螂上口-探討檳榔汁液對四種蜚蠊目昆蟲在行為表現上的影響

本次實驗分為兩個階段,第一階段以四種蜚蠊目的昆蟲作為實驗對象,給予不同濃度檳榔萃取液做成的餅乾進行餵食,實驗結果發現,餵食未經濾紙過濾及稀釋的萃取液餅乾對蟑螂的行動力會造成較大的影響,使蟑螂的行動變遲緩,而經過濾或稀釋後就沒有效果了。第二階段實驗以杜比亞蟑螂為對象,進行加重投餵劑量,並記錄其觸角擺動頻率和週期。實驗結果發現,蟑螂攝取檳榔萃取液濃度越高,行動力會 趨向遲緩,觸角的擺動幅度變小,擺動頻率升高。推測檳榔中的成分雖然會刺激蟑螂產生較為激動的反應,但對蟑螂的行動力卻會有降低的效果。

以校園望遠鏡觀測NGC7092星團外圍天區

M39又名NGC7092,是個位於天鵝座方向的疏散星團。本研究選定M39外圍的區域進行觀測,配合分析Gaia DR3在M39天區經過初步篩選的資料,大致符合Gaia DR2資料庫中明確標示的成員星。本作品的觀測資料中,多數星點座落在Gaia資料繪出的CMD圖主序帶中,可以推論本作品觀測的外圍天區還是有不少M39成員星。本次研究觀測到一顆食雙星變星,雖然在CMD圖所座落的位置接近星團主序帶,但在本校的觀測資料在無法得知恆星的自行運動與視差的條件下,要確認這顆變星是否為成員星,只能搭配資料庫的資料進行深度分析,經確認這顆變星應該就是M39星團的成員星。