全國中小學科展

臺灣

探討鐵鎳合金催化劑對電解產氫之影響

目前大部分電解產氫反應(HER)均使用貴金屬,如鉑和鈀,作為催化劑。而我們提出了更便宜的 FexNiyP 金屬磷化物用於經濟製氫。在催化劑的製備中採用不同的化學成分(x/y 比例)和合成條件(氧化溫度)。並將合成樣品通過掃描式電子顯微鏡(SEM)、能量色散 X射線光譜(EDS)和 X光繞射儀(XRD)進行了鑑定,以確認其形態、成分和晶體結構。再通過線性掃描伏安法(LSV)測試了它們的 HER催化效率。實驗結果發現,磷化程度強烈影響催化性能,且可以通過合成條件來適當調整,而 250° C是最佳氧化溫度。此外,電化學測試顯示,FeP 啟動反應所需之能量最低,具有最低的過電位(overpotential);而 NiP 反應路徑最佳,具有最低的塔菲爾斜率(Tafel slope)。我們的結果解決了 HER的反應機構,並對氫燃料生產的發展提供了有用信息。

布紙薑薑好—布袋蓮複合紙之探討

本研究以布袋蓮作為主要造紙原料,混合野薑花、楮木紙漿,探討布袋蓮複合紙的製作,希望能減少木材的使用並增加布袋蓮的經濟價值。透過造紙過程、紙張性質評估布袋蓮造紙的可行性,比較添加野薑花及楮木紙漿的差異性,並透過自製裝置進行抗張、抗破力、透光度、曝曬後顏色安定性等紙張性質,探討布袋蓮複合紙的應用及價值。 結果發現,布袋蓮複合紙有質感,添加野薑花纖維可提升紙張抗拉及抗破力,添加楮木紙漿可提升吸水、吸油效果。使用漂白劑以二段式漂白,能將布袋蓮紙張漂白,增加文書利用價值。最後,透過專家評估及創作,可作為彩畫、版畫、窗紙、包裝材等多用途應用,幫助破壞環境生態的布袋蓮找到新的利用價值,為環境盡一份心力。

芭樂新時尚~新型水果套袋之研發

現有的塑膠與紙套袋對環境造成負擔,因此利用海藻酸鈉與乳酸鈣的交聯作用,在低成本紗布上成膜,以製作新型態的水果套袋。研究結果: 1.製程為先沾海藻酸鈉糊液,再沾乳酸鈣水溶液。 2.不同基底材料會影響套袋的縮小率、耐受性與透氣性。套袋要具透氣性需減少乳酸鈣反應時間,想增加吸水性則要在海藻酸鈉浸泡時間久一點。 3.實地應用於芭樂園採收率達96%,只加醋酸的細紗布套袋效果最佳,具有厚度低(0.24mm)、水分散失快(6小時內降低92%的水分),透氣性佳(水氣穿透率91%)等特性,在製作時須注意總面積有51%的縮小率。 4.未來發展:設計防果蠅、防螞蟻、防曬功能,以及多型態的套袋設計(如三角立體設計、觀察口設計等),讓其更適合實際應用。

「果」然出「色」:天然藍與黃的色彩碰撞---從植物到環保顏料的轉化之旅

研究探討蝶豆花(青花素)與薑黃(薑黃素)兩種天然色素在不同天然添加劑與劑量下的色彩穩定性。實驗分為三部分,分別針對藍色色素、黃色色素與藍黃混色進行測試,在固定色粉用量下,分別加入蜂蜜、牛膽汁與阿拉伯膠三種添加劑,設五種劑量梯度(1~5平匙),共製備375組樣品。每組樣品皆以色差儀測定CIE LAB色彩空間中B值(藍–黃軸偏向),作為穩定性指標。結果顯示:蝶豆花色素偏藍性穩定,以第3平匙效果最佳,牛膽汁穩定性最高;薑黃偏黃穩定,第2平匙最鮮明,牛膽汁與阿拉伯膠中劑量表現佳;混色組整體偏黃,蜂蜜與牛膽汁穩定性良好。整體而言,第2至第3平匙為最佳添加範圍,可提升天然染料的穩定性與應用性。

神仙豆腐-臭黃荊應用與探討

本研究探討臭黃荊葉製作「神仙豆腐」的科學原理與應用,重點包括:(1)以碳酸鈣取代傳統草木灰作為安全凝結劑,最佳比例為9克葉粉、1克碳酸鈣、500毫升水,凝結效果良好無異味。(2)透過碘滴定法發現臭黃荊與其他飲品、藥材比較,抗氧化能力優異。(3)開發創新食品神仙桂花球,雙層結構設計改善臭黃荊風味與接受度。(4)設計茶包配方,以臭黃荊為基底搭配薄荷、菊花等食藥材,兼具養生功效與適口性。實驗中為了解決科學問題,自製門形抗壓機、滴定終點判讀器、無氧攪拌器等特殊工具;還發現空氣接觸量不一定影響抗氧化力、新鮮葉片抗氧化優於乾燥葉粉等結果。最終結果顯示臭黃荊具有養生食材的開發潛力,突破傳統製作方式與風味限制。

烈鋼凝心·爐火純青

本研究將工業廢棄物中的爐石與不鏽鋼粉再利用於取代水泥砂漿原料,除有效運用廢棄物外,亦可透過取代水泥與砂,減少二氧化碳的排放及天然資源的消耗。為驗證其應用之可行性,本研究以爐石粉取代水泥、爐石粉取代砂、不鏽鋼粉取代水泥、不鏽鋼粉取代砂、爐石粉加不鏽鋼粉取代水泥、爐石粉加不鏽鋼粉取代砂等六種型式,每種型式採5%、10%、15%、20%等比例,依據CNS規範進行28天齡期之水泥砂漿抗壓強度試驗,每一組試驗皆製作3個試體,並與對照組之一般水泥砂漿比較分析。結果顯示不鏽鋼粉與爐石粉可有效提高水泥砂漿的強度,以爐石粉加不鏽鋼粉取代15%砂可獲最佳強度,取代20%砂則可得環保及工程性能之最佳效益。

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。

白浪滔滔我不怕-消波塊與海岸保護

本研究透過3D列印製作消波塊與自製造浪機,並用海浪沖刷粉筆模擬岸邊侵蝕效果,尋找減緩海浪岸侵蝕方法。 本研究製作兩種造浪機。大型版:壓克力板製水缸,用活塞推動造浪板,因漏水問題,改良小型版;小型版:採現成魚缸、TT馬達配合連桿帶動造浪板。小型版波形更流暢。 首先,確定粉筆泡水25分後重量趨穩定;在單排測試中,林克塊減浪效果最佳。實驗亦發現消波塊離岸越近、裸露體積越多,減浪效果越好。增加排數方面,小浪排數越多效果越佳,大浪下則需至少兩排以上才具顯著效果,綜合成本與效益,建議使用兩排設計。 針對家鄉情境,設計A至D四種配置,D型適合冬季東北季風大浪條件,如東北向海岸;C型則適用於港口等平靜海面。

點糞成金—堆肥蚯蚓糞菌促進農作物生長能力之分析研究

本研究從三種堆肥蚯蚓(歐洲紅蚯蚓、印度藍蚯蚓、非洲夜蚯蚓)的糞土中分離出7株可促進油菜、番茄、草莓生長,並具有協助農作物抗逆境潛力的微生物。菌種鑑定後發現分屬於Glutamicibacter或Arthrobacter、Lelliottia、Pseudoxanthomonas、Bacillus或Priestia、Lysinibacillus等屬。菌株大多具備可分泌生長素、胞外多醣,固氮,分解果膠、纖維素、木質素,可耐鹽,耐高溫能力,我們認為這些糞菌未來將可運用於農業上,減少化肥使用,並減緩氣候變遷對農作物造成的傷害。

人工智慧 A Eye 行人守護星-禮讓行人號誌燈的探究與實作

為降低車禍發生率並改善行人穿越馬路的安全問題,我們設計出結合人工智慧影像辨識技術的「禮讓行人號誌燈」系統。透過Pixel:Bit開發板的攝像鏡頭進行行人偵測,系統能有效辨識人類與其他物體的差異,當偵測到行人經過斑馬線時,上方的黑色螢幕會亮起警示燈,同時地面斑馬線也會發出燈光提醒,讓駕駛提前注意,主動減速禮讓行人。我們先透過測試不同距離的偵測條件,建立模型,接著模擬實際馬路情境,進一步優化設計。本研究除實作硬體裝置外,也結合AI協作程式,實現完整功能的原型系統,期望能應用於未來智慧交通建設中,提升用路人安全與行人通行品質,讓人工智慧A Eye禮讓行人號誌燈守護你我安全,讓「行人地獄』的惡名不再有!