全國中小學科展

依國際科展年度查詢

臺灣

製備藻類衍生物碳點與 Mxene複合材料並應用高效超級電容

本研究運用綠藻、螺旋藻、卡拉膠(k,i,λ)進行製備碳點並應用高效超級電容。本實驗已完成綠藻、螺旋藻、卡拉膠( k,i,λ)在不同的pH值中的溶解度測試,並找出綠藻、螺旋藻、卡拉膠(k,i,λ)各自適合溶解的溫度及溶液。此外,中途也已透過文獻中的實驗證實我們實驗中所運用的電化學實驗設計及裝置可以成功製備出碳點。而在電化學製備碳點的部分目前完成單獨藻類、藻類加histidne的電擊實驗以及測其吸收光譜,也運用先前製備出較穩定的碳點加入MXene進行電化學分析,透過碳點擴大MXene分層,以達到增加MXene電化學效能的效果。最後,預計之後將進行更多的電化學分析,進一步地確認碳點結合MXene能在超級電容的應用。

十字路口人車碰撞預測之研究

本研究探討如何利用電腦視覺技術預測十字路口行人與車輛碰撞風險,提升交通安全,採用YOLO物件偵測與運動追蹤技術,分析監控影像,透過LSTM 進行時間序列預測,評估可能的碰撞風險。研究先進行影像標註與資料處理,提升自訂物件偵測能力:偵測行人與車輛和追蹤其移動軌跡,建立LSTM預測分類模型,學習運動模式以預測碰撞風險。研究設計先用小球碰撞實驗模擬真實交通場景,訓練模型預測碰撞風險,並透過驗證分析調整參數,再進行實際路口影像處理。結果顯示能預測未來2秒碰撞風險的準確率達73%以上,還可以持續改進,提升精準度。未來,本研究可結合智慧交通管理與車聯網,提升道路安全並減少碰撞事故。

攜帶型高效率氫能離子能雙輸出埠電力裝置 Dual-ports high hydrogen and ionic conversion efficient power generator

本研究以空氣為催化劑,降低KOH在水中解離成K+及OH- 的解離能,大幅提升KOH在水中解離的效率,配合以鋁板為電極,還原H2O及OH-,釋出氫氣H2。這還原反應過程同時輸出K+及H2為電力能源。利用解離出的K+組裝成鉀離子電池,同時以解離出的氫氣運作燃料電池,組成雙輸出埠電力裝置。本雙輸出埠電力裝置,可以分別利用KOH濃度及或空氣輸入量,來調控輸出功率。KOH濃度增加或空氣輸入量增加,均可提高兩輸出埠的功率。測試時採用KOH濃度為5M,輸出電壓達0.19 mV,電流達0.166 mA。採用摻雜0.3%鉍的鋁為電極板,提升輸出電壓達0.67 mV,電流達0.199 mA。在鉀離子電池2MKOH水溶液中串聯4組電極板,電壓提升至2.9 V,電流達5A,並能成功點亮LED燈及驅動市售燃料電池。再經電路板穩壓後,電壓從2.9 V提升至5 V,適合USB充電,顯示出其作為無碳排放電力能源。

智慧校園GO:走得對、聞得出、看得清,安全上學好放心

本研究開發「智慧校園GO」網頁系統,平時提供校園三種策略導引(最短路徑/最低打擾/無障礙路線)功能,當遇上校園霸凌、學生群聚、火災、菸害、陌生訪客闖入監控等緊急事件,則啟動Level 0(最低)到Level 2(最高)的警報分級,通報相關人員、紀錄當下影像或數據,規劃「無障礙」或「最短路徑」進行即時處置。系統採響應式介面(模式切換、模糊搜尋)、地圖箭頭顯示,樓層動畫與實景照片呈現,支援自動起點及模擬定位。後端整合ESP32感測、YOLO 影像辨識,以Dijkstra演算規畫路徑。實測顯示,霸凌警示準確率95%、群聚辨識正確率92%,介面易用性取得4.1/5的分數,而「影像辨識偵測行為」功能取得4.7/5的高分肯定,展現智慧校園GO系統於即時警示與校園安全的實用價值。

啞鈴幫我數與運動姿態分析系統

健身房四處林立,健身為現代人所崇尚的活動,人們知道健身的益處,但須持之以恆才能享受,否則容易受到傷害。根據研究證實適當運動對身體的益處大於壞處。傳統啞鈴只是一種健身器材,但也是最佳器具之一,然而每次操作時使用者須自行計算次數,使遺漏次數、多算次數等問題層出不窮,容易造成使用者心理負擔和增加運動傷害的可能性。在作品中我們將啞鈴結合科技,使用時在啞鈴或手機設定次數,啞鈴即可幫助使用者計算次數,也能糾正使用者動作是否標準,當達到設定次數時,啞鈴會發出聲音提醒使用者。系統以ESP32為主控器,搭配6軸加速度感測器偵測慣性運動,介面設計有HMI、心率感測器及藍芽無線傳輸控制,再經由手機APP程式記錄操作者每次運動姿態。

潮間貝包客--淡水河口棲地特性對貝類分布的影響

本研究探討社子島頭至漁人碼頭貝類分布與棲地類型、距河口遠近、水質、土壤特性、土壤重金屬、季節的相關性。研究結果,貝類主要棲地 4類:礫石、泥沙、軟泥、水筆仔林潮間帶,共發現60種貝類。影響貝類分布因素依序為:多元地形、適合土質、水體情況、環境穩定性、棲地面積、潮線長度、季節等。水質檢測與貝類生物指標:水質汙染程度越上游越嚴重。土壤重金屬檢測:越上游汙染程度越嚴重,比對2023年研究濃度 無升高。重金屬含量:紅樹蜆體內與水樣比較,鉛為33倍、汞為100倍、鎘為33倍,重金屬會在貝類體內累積。秋、春季貝類種類與數量略多於冬季。棲地惡化時,貝類會消失或 利用貝卵遷移到適合棲地環境生長,因此可作水質、環境生物指標。

微觀漩渦之力—截油槽中油滴運動軌跡分析

本研究探討油滴在截油槽中之微觀運動行為與流場結構之關聯性。透過模擬截油槽模型,設計不同槽數與隔板長度變化條件,並以油溶性染劑染色油滴,結合 Tracker軟體進行追蹤分析,觀察油滴運動軌跡與滯留時間。研究同時比較不同進水速度對油滴行為的影響,並進行皂化反應秤重分析,以量化截油效果。實驗結果: 一、多槽設計可提供更多擾動與攔截區域,有助提升截油效率; 二、快速進水容易產生漩渦,延長油滴滯留; 三、Tracker能有效捕捉油滴微觀運動,佐證槽體設計與流速改變對油滴分布之影響; 四、皂化產物重量亦能與流場結構形成對應關聯。 綜合而言,隔板設計與進水條件明顯影響截油效率,本成果可作為截油槽優化設計,並呼應SDGs永續水資源目標。

AI與心理學的言語柔化實驗

現今網路充斥著具壓力的負面言論,影響使用者的心理健康。本研究旨在參考 C-ME 量表並整理為四大類標籤,人工分類從論壇蒐集的言論來訓練模型。研究採 LSTM、雙向 LSTM、CNN + LSTM 及 Transformer四種深度學習模型,基於自建資料集進行訓練,實現對全新言論的精準分類,並比較四種模型在精確率、召回率及 F1-score 等指標上的表現。結果顯示,LSTM處理數據不均衡的資料集時表現最佳,F1-score達89.2%。實測發現,CNN+LSTM 在預測效果上略勝 LSTM。此外,結合生成式 AI GPT-4o-mini,能有效改善不當言論,為留言者提供更委婉的表達建議。

熱島抬升了嗎?-臺灣都市熱島效應的長期變化趨勢

本研究目的在發展簡易快速的熱島效應強度估算方法,利用氣象署地面測站的網格化資料,排除高度對氣溫的影響後,找出都市範圍中的最高、最低溫數值,分析臺北、臺中、臺南及高雄四座城市的長期熱島效應強度變化趨勢。 我們發現各城市熱島效應變化趨勢有不同特徵。臺北及臺中的熱島效應強度在63年間有增加趨勢,但臺南及高雄未見增強,這可能與人口數及都市發展相關;臺中熱島效應強度具有最明顯的季節變化,這與季風和地形相關。臺中火力發電廠及臺南科學工業園區的運轉與建設皆造成當地區域氣溫上升,導致最高溫位置的改變。 本研究提供臺灣四個直轄市的熱島效應長期變遷資料,也為未來面對城市氣候的調適策略提供科學依據。

Utilization of Coffee Protein and its Antimicrobial and Antioxidant Properties for Biodegradable Active Packaging Membranes

隨著全球咖啡市場擴大,永續的咖啡生產成為必須探討的議題。咖啡生產過程中會產生大量富含蛋白質與抑菌成分的副產物和廢棄物,有潛力可做為膠膜和塗層的原料。本研究從生咖啡豆中萃取出粗蛋白質,將其與海藻酸鈉混合烘乾成膠膜,再進行抑菌與水果保鮮和水蒸氣阻隔測試。 由結果得知:咖啡豆蛋白膠膜液對大腸桿菌有抑制生長的效果。沒封膜的蘋果切片失水率 12.72%,有膠膜封口的失水率在 6.84%~8.47%,比沒封膜的失水率降低 46.5%~33.1%,顯示膠膜保水性佳,可提高保鮮效果。微波加熱試驗沒封膜的水蒸氣散失率為 2.45%,膠膜試驗組中最 低為 0.15%,比沒封膜的散失率降低 93%,顯示具有良好的水蒸氣阻隔性。 本研究結果顯示咖啡豆蛋白質膠膜有抑制大腸桿菌生長的效果和良好的氣體阻隔性,可作為可生物降解的食品包裝材料,以替代傳統保鮮膜,有助於減少環境污染。