全國中小學科展

臺灣

蚊蟲翅音的定性與防治應用

為隔離環境聲音增加蚊蟲專一性的聲音,自行製作降噪錄音箱,分析聲譜使用Audacity及Room EQ Wizard兩個軟體,結果顯示自製錄音箱可吸收95.7%的環境聲音能量。白線斑蚊的雄蚊平衡棍長與翅音統計達顯著相關;而雌蚊平衡棍長與翅長統計達顯著相關。白線斑蚊及埃及斑蚊兩者翅音皆具有專一性,同種雄蚊及雌蚊會受彼此翅音誘引,而雌蚊交尾後會被同種交尾雌蚊翅音誘引。雌性埃及斑蚊交尾後的翅音對同種雌蚊平均誘引產卵率為85.8%,統計達顯著差異。自製捕蚊機(合成翅音誘捕,平均誘捕率為66.7%)較市售捕蚊機(UV光誘捕,平均誘捕率49.7%)誘捕率高出17.0%。自製捕蚊機可做為白線斑蚊及埃及斑蚊防治資材之一,且為環境友善防治法。

機器人的華爾滋—轉動角度的變化與組合對封閉圖形特性之探討

本研究的概念來自於110學年度學測數學的選填題,我們先固定原題的部分變因,探討單一方向並改變單一旋轉角度對圖形特性的影響,並試著求出角數、路徑長、面積等通式;接著嘗試多增加一個旋轉角度形成不同旋轉角度組合和不同方向的旋轉角度組合對圖形特性的影響;最後還試著改變移動距離,找出兩種移動距離組合在旋轉一圈內形成封閉圖形的特性。我們發現一圈內相同旋轉角度組合依規則分割和填補,會形成面積有固定比例的正多邊形;一圈內不論順、逆時針旋轉角度組合,周長和面積公式皆相同;兩圈以上的順、逆時針旋轉角度組合皆會產生多種類型,需要針對各類型分開考慮。

「梅」來演趣—探討台灣梅雨季之大氣流型演變與模擬

為了解台灣梅雨季的氣候特徵,本研究分析了2009至2024年間五、六月的降雨、風場流型及大氣環境。結果顯示,東北部冬季多雨,而西部地區則自五月梅雨季開始進入雨季,台灣的降雨區域逐漸南移,顯示大氣環境在此期間發生變化。我們分析了16年間的風場情形,歸納出7種單一風向流型及2種過渡流型,並整合其趨勢。我們發現,梅雨季期間,寒冷流型的出現頻率逐漸減少,而溫暖流型在夏季成為主流,不同流型之間的轉變具趨勢性。整合降雨資料後,結果顯示盛行風、低壓帶、地形效應與過渡流型對降雨有顯著影響,且發現致災性梅雨的發生條件。最後,本研究設計模擬裝置,利用不同密度的海藻酸鈉溶液與台灣模型,可模擬出符合本研究歸納的流型。

探討自我參照和社會訊息對不同年齡、性別連結記憶的影響

連結記憶(Associative Memory)為記憶兩物體之間關係的能力,會隨著年齡增加而衰退。先前研究顯示不同性別在記憶的老化程度存在差異,然而針對連結記憶在不同性別的老化未被討論。過去研究發現自我參照效應以及改變刺激材料的社會訊息程度可提升連結記憶的表現。然而缺乏同時使用兩種方法研究,兩者之間的交互作用尚不清楚。本實驗分別針對不同年齡與性別的群體進行連結記憶測驗。我們引導受試者使用自我參照記憶具有不同社會訊息程度的圖片,測量其連結記憶表現。結果顯示,女性有顯著的連結記憶衰退;而男性沒有顯著的連結記憶衰退,其記憶衰退可能與項目記憶有關。另外,我們也觀察到參照與社會訊息對連結記憶的影響具有交互作用,在未來實驗中有必要注意兩者之間的互相影響。

Analyzing Glucose Metabolism Connectivity in Huntington's Disease Using Dynamic Glucose-Enhanced MRI in zQ175 and R6/2 KI Mouse Models

亨丁頓舞蹈症為與認知功能障礙密切相關的神經退行性疾病。本研究首次應用動態葡萄糖強化磁振造影(DGE MRI)以了解葡萄糖代謝作為亨丁頓舞蹈症神經影像生物標記的可行性,以分析大腦中不同區域之間的代謝關係。 本研究對腦區間葡萄糖代謝關聯性進行分析,並針對訊號進行自動化分群,觀察特定訊號樣態之特徵。於zQ175 KI和R6/2 KI小鼠中不同的連接性變化模式中,發現紋狀體和齒狀回之間葡萄糖代謝連接性具顯著變化,與已知病理一致,顯示DGE MRI作為臨床生物標記之潛力,以利及時診斷和監測該疾病。 這項開創性的研究探索了使用DGE MRI作為亨丁頓舞蹈症影像標記可行性,並詳細分析腦區間葡萄糖代謝相關性,不僅進一步對該疾病之病理更加深入了解,同時提高早期診斷、疾病監測和精準醫療應用發展,說明可能有針對代謝紊亂的潛在治療策略。

南太平洋在北半球冰川擴張事件時物理海洋與碳埋藏速率變化研究

北半球冰川擴張是過去三百萬年來全球主要的氣候變遷事件之一,地球從溫暖的上新世轉變為較冷的更新世。本研究利用國際大洋發現計畫位於南太平洋 U1541 號岩芯中的有孔蟲群落分析和沉積物總碳變化,探討海水物理性質及碳埋藏速率變化受到此事件的影響。本研究發現在 2.8-2.5 百萬年前(Ma) 海水層化現象較強,2.5-2.4 Ma 受到北半球冰川擴張事件影響,海冰擴張,Neogloboquadrina pachyderma 相對豐度逐漸上升。冰期時南大洋海冰擴張後,導致換氣率下降,使得有機碳保存度高,讓總有機碳含量增加,此機制亦可能使冰期時南大洋深部碳儲藏庫開始擴張,使得全球冰川體積在第四紀時持續增長。本研究發現首次證實南大洋在北半球冰川擴張事件中扮演可能的二氧化碳儲存庫。

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。

二氧化碳捕捉術-銅鋅雙金屬奈米觸媒對二氧化碳還原反應效能及機制之研究(Carbon Dioxide Capture Technology: Study on the Efficiency and Mechanism of CO2 Reduction Reaction Using Copper-Zinc Bimetallic Nanocatalysts talyst)

本研究以電化學二氧化碳還原反應(CO2RR)技術將二氧化碳還原成高經濟能源燃料,使用水相合成法製備Cu/Zn銅鋅雙金屬奈米觸媒,改變金屬間的比例: Cu2Zn1、Cu1Zn1、Cu1Zn2以及通入N2/O2/H2 熱處理改變觸媒氧化態,而改變氧化態可以在化學性質、催化活性、電子結構等方面有重要影響使其催化出不同反應路徑,改變產物生產效率和選擇性。用能量散射光譜儀、X光繞射儀鑑定奈米觸媒間金屬比例和晶型;線性掃描伏安法和氣相層析儀探討二氧化碳還原法拉第效應和生產效能。結果發現Cu2Zn1-N2能產生最多的CH4,因改變氧化態使其效能高達53.03%; Cu1Zn2產生最多的CO,效能為44.99%,推論為鋅的比例較高所致。

含3-高醯基香豆素之二烯羧酸酯合成方法探討

香豆素(coumarin)是一種廣泛使用於增香用途之化合物,同時亦被作為藥 物使用,γ-乙烯基聯烯酸酯 (γ-Vinyl Allenoates),則是一種具有多樣的反應性之架構,透過適當的控制,可擁有相當良好之區域及立體選擇性。本研究利用氮催化劑 DMAP 建構帶二烯羧酸酯之 3-高醯基香豆素,並透過篩選溶劑、反應溫度及催化劑及反應物當量數,找出本反應之最佳化條件。後以該條件探討反應環境酸鹼性對反應的化學選擇性影響,以及在 3-高醯基香豆素上改變不同取代基,探討不同取代基對反應性的影響,並擴展含 3-高醯基香豆素之二烯羧酸酯未來使用的潛力。 實驗結果顯示,以DMAP 作為催化劑催化此親核加成反應時,可在 15 分鐘內達到 96%的 NMR 產率。未來希望能將含 3-高醯基香豆素之二烯羧酸酯應用於進行合環、加成等反應,期望藉此增加此化合物泛用性。

艾雪三角形磁磚對稱密鋪圖研究

根據研究[1]指出:三角形磁磚邊之作用方式共有 5種,且共有 11種設計方法可在平面上密鋪。然而作者在解決問題的方法均是採用窮舉,方法不夠嚴謹。本研究運用不同的方法,透過代數計算證明了三角形磁磚共有 11種對稱密鋪圖結構;而 M.C.Escher在手作創作圖中只使用了其中 5種結構;在與前人的研究比較下,發現前人所歸納的 11種設計方法恰好對應到本研究中的 8種密鋪結構,而另外 3種結構是前人所未探討的磁磚內部變化方式。本研究也進一步推廣至相關立體圖形,如:正四面體、正八面體、正二十面體…等,並歸納出各種立體圖形可密鋪的種類數,透過適當軟體的支援下,可以快速且精確繪製出豐富有創意的圖樣。