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臺灣

鋁空氣/二氧化碳電池-自製氣瓶探討電池效能

近年來溫室效應日益嚴重,我們注意到可利用氣體作為正極的空氣電池,並思考是否能將工業排放的CO2儲存後作為正極氣體並轉換成電能。本研究重點在基本電池和正極氣體兩部分,首先思考如何製作效能高的鋁空氣電池,再嘗試以CO2取代空氣,並找出增進鋁二氧化碳電池效能的方法,研究出能消耗CO2並轉換成電能的電池模組。實驗結果顯示:(1)最佳電解液為鹼性3.0 M KOH(aq);(2)純氧為最佳單一氣體;(3)三乙醇胺為最佳改質劑;(4)驗證CO2能參與反應;(5)CO2 80%時電壓最高;(6)設計出鋁空氣電池組能長時間穩定輸出5.7 V;(7)最終製作出的鋁二氧化碳電池組能長時間平均輸出電壓2.62 V。

貉不貉胃口–探討貉藻受不同鹽類及物理性微粒的影響

本研究探討不同鹽類與物理性微粒對貉藻褪色現象之影響與物質吸收情形。我們觀察到捕蟲囊表皮細胞有三種主要腺體,分別是內表皮的消化腺轉移細胞、四爪腺毛和外表皮的雙歧毛狀體。從餵食水蚤實驗中發現,貉藻不會主動閉合,因此以離心方式使捕蟲囊閉合住紅墨水,再記錄其褪色比例;過程中並推論捕食、分泌與吸收應為三個不同階段。鹽類半小時內,高濃度環境可加速褪色;實驗中PVC被觀察到可能吸附到葉柄,另外,一小時內,囊內、外有中濃度微粒也會加速褪色。由褪色實驗亦可證實外表皮的雙歧毛狀體對外在環境,不論是對鹽類滲透反應或是微粒的擴散作用,都具偵測能力。未來若能深入了解其囊體構造與觸發機制,將有助於仿生開闔裝置之研發。

簡單離心水泵的未滿水流動模態

這份研究探討利用正三角形旋轉吸管構成的離心泵抽水的現象。我利用電鑽固定此三角形結構,使其部分浸入水中並定速旋轉。我們發現在吸管的管徑-旋轉半徑比大於一定值時,水流因無法穩定地充滿整個吸管,離心泵中的水流將會穩定的僅占據吸管的一部分。我測量「吸管的幾何參數和旋轉角速率」對「抽水流率」的關係;以及「旋轉角速率」對「抽水流速」的關係,並以穩層流下的流體力學模型(白努力方程式在旋轉座標系中的修正+流體力學穩定性分析)加以解釋,在不使用數值模擬的情況下方了解了此未滿水模態的水流情形。

追光少女-運用市售創客玩具,自製太陽光源追蹤器的可行性探討

本研究探討改良meArm機械手臂,自製不易傾倒、效能追蹤及發電效率三特質之太陽光源追蹤器的可行性,期待結合太陽軌跡運行模式與光敏電阻降低轉向電能消耗。我們探討感測器、太陽能板及周圍環境如何影響發電 效率。以高亮度LED燈模擬太陽,數位萬用表測量電流及電壓,藉以判斷發電效率。總整超過49種太陽光源追蹤器配置及超過441筆實驗記錄,結果顯示:環境溫度25 ℃以下,太陽能板用塑膠片覆蓋,並以廚房紙巾清潔;配置3個離太陽能板高度0cm,透明膠帶遮蓋的光敏電阻,發電效率最佳。本研究成功運用市售創客玩具自製太陽光源追蹤器。應用於非中午時段的戶外,可較固定式太陽能板增加約2 0~40%的發電量,期待藉此激盪人們關注提升太陽能發電效率的方式。

舊桌第二春-力學探討學生舊桌結構補強與置物空間優化設計

利用自然課程力學原理,進行廢棄舊桌進行結構補強,增加桌子放置物品空間,自製剪力實驗台檢測桌子補強後結構強度,自製振動模擬器檢測桌子搖動程度,實驗結果如下: (一)現在使用新式桌子有結構上的問題:榫接太小、前櫃板未與前柱榫接,形成前側結構強度 弱點,因此桌子容易搖動,大約80%要補強。 (二)將新式桌子設計瑕疵部分進行結構補後,左右方向傾角降低88.5%,前後向降低67.5%。補強後新式桌子桌比新式新桌搖動位移小,桌子結構補強後強度更高。 (三)置物空間增加2.14倍,快速安裝高度調整器降低,將12型桌子簡化到4型。 (四)製作一副桌椅碳足跡為21.69公斤CO2。延長使用年限,降低木材使用量,對於氣候變遷與環境有正面價值。

把你甩得遠遠的----垂直圓周運動之拋物距離探討

我們利用培林、塑膠棒、電磁鐵、Arduino光敏感應器,製作了一個單擺拋出鐵球的實驗裝置,進行垂直圓周運動的拋物實驗,我們發現單擺將物體拋出後,物體只受到垂直方向地球引力的影響,水平方向則不受外力的影響。擺長越長拋出鐵球的飛行距離越遠,而擺錘重量與鐵球重量,則不會影響。改成兩節式擺長,可以增加鐵球的飛行距離,當下節擺長越短時,鐵球也會飛得越遠,而鐵球最遠的飛行距離則是在擺角25°時拋出。

「正」「和」我意——正2n邊形頂點連線性質研究

本研究的原題目是在網路上看到證明兩正六邊形頂點連線所形成的長度平方和相等的關係,這份研究將此題推廣到了所有正2n邊形上,而後又推廣到了面積,探討了面積多次方和的關係,最後我們又發現了這些性質在pn邊形上也都成立。 研究中利用了架設坐標系來表示圖形,再利用各種方法簡化算式。文中的證明多用到三角函數的性質以及轉化為複數的表示法以得出結論。 文中最終證明出對於兩個正pn邊形,他們的頂點連線所劃分的區域分組後可形成次方和相等,以及這些連線分組後具有偶數和相等的性質。

「硫」金鑠石—溫度與界面活性劑對反應速率定律式的影響

在本研究中,我們改變沉澱反應中鹽酸與硫代硫酸鈉濃度,測量在不同溫度或有無界面活性劑條件下,硫析出所造成濁度隨時間的變化。通過多次測量濁度與時間數據,我們推導出濃度、溫度、界面活性劑,如何影響反應速率定律式。 我們將儀器測得隨時間變化的濁度,也就是硫粒子的生成轉換為速率,再依據反應速率與初始濃度間關係,得到反應速率定律式中的各項數值及阿瑞尼斯方程式中的活化能E_a與常數A。最後我們利用分光光度計得出與濁度計相同的級數,並以粒徑分析儀確認與活化能變化數值相符。

探討可調式聲波梯度透鏡受高強度雷射光穿透後的熱效應

由於符合活體研究、解析度、穿透深度等需求,加上螢光技術,使光學方法成為追蹤單一腦神經工作情形較合適的方式。其中重要元件 TAGlens (可調式聲學梯度折射透鏡)的透鏡(目前 z 軸焦距變動最快的透鏡裝置),透過焦距快速變動達到快速掃描。不過 TAGlens 在高強度雷射穿透下,焦距變化範圍會產生改變,我們稱之 TAGlens 的熱效應。 本研究即研究 TAGlens 的熱效應,使用不同研究方法以量化並分析,其中利用體積影像中螢光球軌跡變化的方法,明顯呈現了 TAGlens 熱效應的變化,我們發現入射雷射功率越大,會使 TAGlens 的焦距平衡點越遠,焦距變化範圍越小。未來可望校正 TAGlens 因熱效應造成的數據誤差。

「捲」動未來-摺紙仿小卷機器人之探究

我們觀察到小卷在水中移動時,若受到驚嚇或刺激,會以噴射方式迅速前進。基於此特性,我們設計並製作了仿小卷動力機器人,模擬其水中移動行為。寶特瓶小卷 模型皆採用水力作為動力來源,並以近似小卷的材質與比例製作,使其運動方式更貼近真實生物。完成初步實驗後,我們嘗試讓模型能像真實小卷般自行移動,因此運用校內的3D列印機設計零件。並且模仿小卷的動力,做出外殼,使用棘輪裝置收縮彈出產生速度,使仿生小卷能達到推進的效果。