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臺灣

水啦!水中小勇士—黑水虻在水中的適應及廚餘濾液處理應用模式之優化

本研究探討黑水虻三至六齡幼蟲在水中的適應情形,經解剖發現可浮性黑水虻幼蟲因具有較高密度的微氣管分支更能適應水中生活但脂肪分布較少。實驗得知五到六齡幼蟲在水中一周存活率平均為81.2%,其水中排氨含量達0.1mg/5ml。在水中的運動表現較低,餵食熟地瓜葉比生地瓜葉增重90%。以黑水虻處理豆渣水可減少35.6%的二氧化碳排放量及減少豆渣濾液蛋白質含量66.67%,黑水虻幼蟲增加25%蛋白質含量。建議優化豆渣濾液處理應用模式如下:篩選五到六齡可浮性幼蟲投入廚餘濾液發酵槽中二次飼育,未來可製成高蛋白比的黑水虻產品;不可浮幼蟲則另外製成高脂肪比的黑水虻產品,最後經黑水虻處理的廚餘廢液進一步轉化為酵素液進行各類應用,進而推動環保及循環經濟之宗旨。

生菜變色的秘密

蔬果收成後褐變主要由多酚氧化酶(PPO)催化酚類化合物,氧化產生醌,伴隨非酶促反應,聚合成深色色素。本研究主要探討台灣福山萵苣變色的原因及其緩解。首先,本研究觀察到莖和葉柄中的維管束最容易變色。接著,證實了鹼性環境會抑制PPO的活性,而抗氧化劑維生素C和還原型谷胱甘肽可以抑制褐變。研究進一步改良粗萃取的步驟,並以兒茶酚作為反應物,測量產物鄰苯醌的吸光質,量化PPO的活性。此外,也發現變色的細胞並不一定為死亡的細胞,死亡的細胞也不一定會變色。最後,配合組織切片,確認變色細胞較多的是木質部,而死亡細胞較多的是韌皮部。綜上所述,本研究證實萵苣變色的部位PPO活性較高,且可以利用抗氧化劑抑制變色。

巢居穴處—蟲菌穴分布特性與影響因素分析

為了解蟲菌穴分布特性與影響因素,我們以四十種木本植物為研究對象,先觀察各種葉片是否有蟲菌穴及數量多寡、歸納出六種類型、確認內部構造,並確認穴居生物以螨類為主;再分析親緣關係、不同脈型的影響;最後探討不同葉片大小、樹冠層高度及內外層、葉片成熟度等因素對蟲菌穴數量及型態的影響。結果發現,並非所有木本植物有蟲菌穴,脈型的影響較親緣關係明顯。平行脈都沒有蟲菌穴;側脈有較多分岔,蟲菌穴數也較多。種間葉片面積大小與蟲菌穴數無明顯相關。但小葉欖仁和茄苳的主脈長度與蟲菌穴數量皆呈顯著正相關。樹冠層越高、越外側,則蟲菌穴數越少。茄苳幼與成葉的蟲菌穴數也有顯著差異。茄苳葉在不同時期及不同部位的蟲菌穴型態都不相同。

探討國中教材之酯化反應連結皂化反應的可行性與原理解析

本研究針對國中教材中酯化反應與皂化反應缺乏連結問題,設計並優化整合性實驗流程。在實驗中,發現皂化後鹽析存在「飽和點」,添加 100 mL 飽和食鹽水,十六酸鈉反應收率 193%,但增至 150 mL 時產量趨緩。為解析此現象,以 DLS 動態光散射技術,結果顯示十二酸鈉、十四酸鈉可形成微胞,十六酸鈉因溶解度低,微胞形成效果不佳。用 DLVO 理論分析粒子間作用力,補充教材的鹽析理論解釋。氫氧化鈉濃度影響方面,2 M 獲高反應收率(十二酸鈉 528%)但含水率較高,8 M 純度較佳但反應收率降低。以氯化鎂鹽析時生成脂肪酸鎂(反應收率 129%),顯示鹽類選擇亦影響最終產物。透過本研究建立了酯化、純化與皂化優化流程,期望為教材提供更具探究與應用性的參考。

「精」天能不能在「E」起! 四苯基乙烯單分子受環糊精包覆型式及其錯合物之聚集誘導放光性質研究

本研究聚焦於α−,β−,γ−環糊精對原始四苯基乙烯分子進行主客體錯合之聚集誘導放光現象研究,探討不同環糊精在水溶液中對四苯基乙烯之包覆效果進而觀察水溶液及固體狀態下之螢光性質變化,結合螢光顯微鏡、紫外可見光、螢光及核磁共振光譜技術量測與分子模擬方式來深入探討環糊精與四苯基乙烯之間錯合與放光關係。實驗結果顯示γ−環糊精對四苯基乙烯分子具有最佳的錯合包覆效果,兩者間透過 1:2比例方式為最可能模式,同時錯合物具有雙重激發放光性質 (分別放射藍光與綠光,激發波長分別為 330-380與450-490nm)。

舞動熱流-探討熱量在流體中的傳播

本研究探討熱區與冷區在水中造成的對流與擴散現象,並以水蒸氣柱模擬氣旋中心熱氣流及颱風眼內部結構。結果顯示,熱區擴散速度隨溫差顯著上升,冷區則變化較小,呈現不同的對流型態。進一步量測蒸氣柱風速與垂直溫濕度分布,發現風速於一定高度出現「零風點」,其高度與蒸氣柱直徑呈比值約為7。此區為熱對流動能轉弱之處,對應氣旋眼牆的無風層。最後導入外圍切線風,成功建立具對稱性之旋轉風場,重現類似颱風眼牆的氣流結構,為理解熱帶氣旋的垂直環流提供可驗證的實驗依據。

軟的真的軟嗎? 轉速穩住了彈性圓環的飛行軌跡

本研究探討旋轉對彈性圓環飛行軌跡的影響,並以橡皮筋為實驗材料,主要結論如下:一、橡皮筋的伸長量與所受外力約成正比。二、彈性係數較高的橡皮筋,特定範圍內的位能-動能轉換比例較高。三、彈性係數愈高的橡皮筋,彈射時的轉速與前進速率愈大。四、伸長量固定之下,提高旋轉量不會增加橡皮筋彈射速率,但會增加轉速,穩定彈射軌跡並增加彈射距離,且旋轉量愈大,水平距離愈遠。五、旋轉造成橡皮筋彈射具有穩定形狀,特定伸長量與旋轉量進一步使橡皮筋彈射出現攻角導致軌跡上升,也降低速度衰減,明顯提升彈射距離 (超過40%)。

探討特定因素對馬倫哥尼效應的影響

本研究探討乙醇水溶液滴入沙拉油中之液滴分裂行為,分析液滴滴落高度與有限邊界對液滴分裂行為影響。研究液滴擴散最大、分裂完成與分裂後兩分鐘的最終狀態,並修正反應時間模型。結果顯示,滴落高度越高擴散範圍與分裂液滴數量增加,最大擴展直徑呈U型變化,反應時間於中間高度(約10cm)出現局部最小。邊界越大時分裂更完整,液滴平均面積較小,邊界過小則影響母液滴為維持最小表面能而收縮、分裂的速度,使反應時間增加。首次提出液滴內縮機制,觀察到液滴分裂未完成即出現內縮(TypeII現象),由乙醇與水揮發差異導致擴散接著內縮形成圓環,為文獻未提及之新現象。整體結果補充液滴分裂行為,未來可應用於微流體與表面張力相關研究。

液滴與固體表面的碰撞行為探討

本研究利用注射器與蠕動泵浦穩定產生直徑 3mm 液滴,並以高速攝影觀察其撞擊行為。實驗發現液滴撞擊乾燥固體表面時,表面粗糙度對接觸角影響不明顯,親水與疏水材質則導致「錨定」或反彈翻轉。進一步研究顯示,液滴撞擊濕潤表面時,親水材質易拉緊液滴表面使其回彈,超疏水碳黑表面則造成液滴彈跳分離。針對濕潤IC晶片進行熱交換分析,結果指出高韋伯數液滴可打破錨定產生飛濺與擴散,顯著提升散熱效果,當韋伯數達193.3時降溫幅度達8.6°C,效能較低韋伯數提升近80%。本研究證實韋伯數與表面性質對液滴撞擊行為具關鍵影響,對液冷與熱管理技術應用具有潛力。

自由液面於下落容器內之流體力學分析以及應用

水杯於失重狀態落下,逐漸形成水坑,並在撞擊地面時因巨大慣性加速度導致水坑崩塌,匯集後產生高速累積噴流。 在本研究中比較了不同杯子大小及材質、溶液性質及體積、落下高度,如何影響失重流體的行為,分析噴流的形狀、速率及高度。並找出造成速度放大的效應,討論能量轉換機制及轉換效率。 失重狀態下,水坑深度 d 隨落下時間 t 漸增,達上限後不再增加。表面張力及親水性接觸面使水面形成球狀水坑。接觸角越大則水坑深度上限 dmax 越大,最大水坑為半球形,水坑抬升速度則會受到表面張力及黏滯力之比值影 響。撞擊時巨大慣性加速度使水坑崩塌並匯集,累積效應放大原速度,產生高速累積噴流 Vjet2=Kv2,累積係數 K 與水坑深度 d 正相關。