全國中小學科展

臺灣

The study toward the total synthesis of Breitfussin B

本研究旨在開發高效且符合綠色化學原則的Breitfussin B合成策略。Breitfussin B是一種極為稀少的天然產物,可自海洋苔蘚動物Thuiaria breitfussi中分離,分子結構包含吲哚(Indole)、噁唑(Oxazole)與吡咯(Pyrrole)骨架。儘管已有科學家完成其全合成,但現有方法步驟繁瑣,且涉及重金屬試劑,價格昂貴且難以回收利用。因此,本研究致力於開發更高效且環保的合成策略。 目前,我們透過一系列取代與還原反應和Sonogashira偶聯反應成功合成吲哚衍生物6-Bromo-4-methoxyindole,此產物可作為後續關鍵合成步驟的起始材料。此外,在疊氮酮(Azidoketone)至酮醯胺(Ketoamide)的轉化中,我們系統性研究了不同反應條件對產率及區位選擇性的影響。 本研究的成果不僅為Breitfussin B的合成提供關鍵技術支持,也對吲哚類化合物的全合成 具有重要的應用價值。

「解」不動了--當電解水遇到絆腳石

本研究探討在電解水過程中,添加非電解質(如蔗糖與甘油)對離子移動速率的影響。實驗以硫酸鈣粉筆為水溶液載體,搭配廣用指示劑觀察電極附近的顏色移動,分析離子的遷移行為。結果顯示,糖與甘油皆使離子遷移速率隨濃度上升而下降,原因包括溶液黏滯性提升、水合作用與分子的碰撞阻擋,使得離子移動速率變慢。 本研究並進一步比較甘油、葡萄糖與蔗糖三種非電解質的影響效果,結果顯示:儘管甘油溶液的電阻高於葡萄糖,但離子在甘油中移動速率更快,推測與甘油較小的分子結構、較弱的水合作用,以及特殊的潤滑性有關。此結果挑戰「電阻越大,離子移動越慢」的直覺印象。

開發回收PET合成UiO-66並應用於催化合成羥甲香豆素

本研究利用乙二醇處理後的聚對苯二甲酸(PET)及氯氧化鋯,以創新的無溶劑方式”solvent-free PET-to-MOF conversion”合成一類金屬有機框架材料(MOF) ── UiO-66(Zr),並發現此材料可用於催化Pechmann condensation、以間苯二酚和乙醯乙酸乙脂合成羥甲香豆素。於190℃之環境下,乙二醇處理6小時的EG-PET可合成出晶型最接近模擬模型的UiO-66晶體;而我們開發的合成方法中,最佳的反應條件為反應物質量比(氯氧化鋯:PET)= 2:1、130℃合成24小時。 對於合成出的UiO-66(Zr),我將其進行了XRD、FTIR、BET、SEM檢測,結果符合UiO-66(Zr)的特徵;唯比表面積僅有約900 平方公尺/克,推測此方法合成出的材料之有機linker數量和一般UiO-66(Zr)有所差異。 對於催化合成羥甲香豆素之反應,我們首先發現UiO-66(Zr)可作為非勻相催化劑參與此反應;且實驗結果顯示,相較於溶劑熱合成的UiO-66(Zr),以本研究的方法所得之UiO-66(Zr)作為催化劑可得到更高產率的羥甲香豆素。

梳子不梳頭-梳子壩對流速降低與水質的影響

公司田溪整治設置梳子壩、疊瀑、深水池、護址工石籠等設施,對公司田溪水質、河岸動植物種類與 數量,底棲生物種類與數量、水中污染物降低有正面提升效果,其中梳子壩設置最多共20處,利用自製水工模型,自製流速計,樂高積木排列出不同排列、形狀、間距、高度數量位置等,找出降低水流流速效果最佳,且漂流物穿越時間最短、穿越率最高的設計,研究結果:梳子壩水流流速降低,漂流物穿越時間越長,梳子壩設置河段末端與梳子壩組間距較大時,流速降低效果顯著,漂流物穿越時間增加較少。所以公司田溪在河口末端計設置9個梳子壩,且分散於數條溪流,可以有效降低水流流速,及漂流物穿越時間。

多邊共舞,四方連心

本研究探討在正n邊形及圓內接多邊形構形中,若已知外圍三角形面積,是否可反推原構形的邊長與面積。研究建立一套幾何與代數互相轉換的流程,透過面積比例推導遞迴數列,進而構建高次方程,並提出新符號 𝑇𝑃𝑄 及 𝑈𝑛𝑞𝑝 表示不相鄰乘積和,以簡化代數結構。進一步運用數學歸納 法 與極值邏輯,成功證明:當高次方程 式 具有正實根時,其最大正實根必定對應唯一的 多邊形 限定構形;反之,若多邊形限定構形存在,也可唯一對應於高次方程式之最大正實根。此研究不僅提供幾何反推的系統化解法,也為代數方程的幾何詮釋建立明確模型,具備理論價值與推廣潛力。

金屬豐度對類太陽恆星氦閃的影響

氦閃是類太陽恆星演化過程的關鍵事件之一,過去已有人建立了不同初始質量、不同金屬豐度的恆星演化模型,但礙於當時的科技水平,無法直接計算氦閃的過程,只能在水平分支時透過導入模型繼續運算。如今因為模擬程式的進步,已能補足以往之缺漏,以新的視角來檢視恆星演化的過程。 本研究使用功能強大的 MESA進行恆星演化的模擬,再以 Python將模擬結果繪製成可視化圖表,來探討金屬豐度對類太陽恆星氦閃過程及恆星演化的影響。經分析得知恆星的金屬豐度與能夠發生氦閃的初始質量上下限呈正相關。而在會發生氦閃的恆星中,金屬豐度與其氦閃前的表面光度為正相關。隨後因為金屬豐度氦閃釋放的功率峰值呈負相關,導致其與氦核溫度與密度的變化也呈負相關,所以金屬豐度與恆星氦閃後的光度呈負相關;並因為金屬豐度與氫包層質量呈負相關,所以其與恆星在氦閃前及氦閃後的溫度也呈負相關。

環保(科技)海綿真環保?

科技海綿(又稱環保海綿)能在不使用清潔劑情況下去除污漬,被認為是環保用品。但在使用過程中會逐漸變小後消失,令人疑問的是:它真的溶解了嗎?是否會對我們和環境造成影響? 為此針對以下幾點探討: 一、探討其去污原理,並以顯微鏡觀察其纖維結構。 二、觀察使用後水體,確認使用後是否會釋放出塑膠微粒。 三、使用三聚氰胺檢測劑,測試使用後的水是否含三聚氰胺。 四、以使用過水種植綠豆與水蘊草,觀察生長情形,評估對生物的影響。 五、檢測市售牙齒美白橡皮擦,使用後是否釋放三聚氰胺或塑膠微粒,提醒消費者注意 安全。 透過實驗,期能探討科技海綿是否真的「環保」,並進一步了解其對生態環境的影響。

有正就贏

本研究的目的是探討巧克力遊戲,切到剩1塊巧克力,對方無法再切時,就贏得遊戲,巧克力紙板的形狀及尺寸與遊戲獲勝的關係。 研究結果發現:巧克力紙板是正方形,後行者切出正方形給先行者,就會贏得遊戲。若正方形的邊長為A,先行者切給後行者n條,先行者贏的比率的分母為(A-1)+(n-1)2,分子為(A-2)+(n-1)2。 巧克力紙板是寬為A,長為B的長方形,先行者切出正方形給後行者,就會贏得遊戲。若A≦2,後行者贏的比率的分母= A+B-2;若A>2,後行者贏的比率的分母=A×(A-2)+B。 此遊戲獲勝的關鍵是「正方形」,先行者或後行者只要能切出正方形尺寸給對方,就會贏得遊戲。

「黍來寶」玉米廢棄物的隔熱與防撞緩衝包材應用

本研究以玉米廢棄物(玉米苞葉與玉米梗芯)為核心,探討其在隔熱與防撞緩衝材料方面的應用潛力,旨在促進資源再利用與環保理念。研究結果顯示,玉米廢棄物製成的隔熱板材優於市售軟木墊,特別是(0.2 ~0.5cm)的玉米梗芯板材及其雙層設計,展現卓越的隔熱性能。而在緩衝材料實驗中,2cm玉米梗芯的防撞效果最佳,優於市售氣泡布及乖乖粒,顯示其作為緩衝材料的可行性。儘管玉米苞葉因結構鬆散而數據值較差,但可透過密度改良將具應用潛力。本研究證實玉米廢棄物可轉化為兼具功能性與環保性的創新材料,未來可進一步發展加工技術,提升商品價值化與市場競爭力。

AI’S A IS FOR APPLE 基於人工智慧影像辨識之水果品質辨識及分類

本研究開發了一種基於影像辨識的水果品質分類系統,採用最適合同時處理局部及全局資訊的 Swin-Transformer 模型,透過分析水果外觀來判斷其品質,並多次實驗以調整參數、訓練多個模型以辨識不同水果種類與品質。 使用者上傳水果影像後,系統即能識別水果種類和品質,並提供新鮮度建議與食用方式。此系統相較於傳統的檢測方法,具備非破壞式檢測優勢,且降低成本,適用於農業生產與消費市場。 模型測試結果顯示,水果類型分類器準確率為99.0%,蘋果品質分類器為85.04%,橘子品質分類器為97.67%,顯示該系統在分類與品質評估上具有較高的準確性,對水果檢測及提升食品管理有重要意義。