全國中小學科展

臺灣

自製奈米銀添加至染料來提升DSSCs的轉換效率

有關於染料敏化太陽能電池(DSSC)的優化。首先使用平整的刮刀器均勻地塗抹 400um 的石墨膠在 DSSC 的電極上可以提高導電性。而 0.5M 的 I-/IO3-電解液可以獲得最佳的填充因子和高轉換率。染料方面混合梔子紫、梔子綠和梔子藍色素可以增加吸收可見光波段並提高吸收度。ITO 導電玻璃的耐受溫度約為 300℃左右,超過此溫度電阻逐漸增加。負極之奈米粒子所製備之 TiO2 薄膜的最佳厚度為 5-10um,且 30nm 的粒徑比 25nm 和常規粒徑表現較好。使用 TiCl4 乙醇溶液進行電化學沉積時,最佳的電化學沉積電位在-1.025~-1.1V 區間內且可以成功製備出超薄奈米 TiO2 薄膜,其 DSSC 的轉換率可達 3.4%。加入奈米銀到 DSSC 的染料中可以有效提高吸收度,比例為奈米銀:混合染料=1:30 時可以有效提高 DSSC 的效能。

影像辨識 在 智慧運輸系統 的應用 自動跟隨

本研究旨在開發一款能自動跟隨人的AI智慧運輸車,應用在 醫院、商場等環境,能減輕工作人員的負擔。本系統融合YOLOv8影像辨識技術和物聯網,使運輸車具備跟隨人體的能力。該系統通過物聯網,將車上攝影機接收的影像傳送至電腦,進行即時運算,不必在車上配備高階的微型電腦或GPU以降低成本。使用YOLOv8模型辨識人體與手勢,以arduino ESP32開發板作為主控單元控制減速馬達,使運輸車能自動跟隨人員。本研究不像傳統自動導引車(AGV),因為依賴固定路徑,而無法用在多變的場景,且不適合與人協同工作。將本系統應用於醫療院所或零售業商場等 ,經常出現 變障礙物的場所時,能與人員配合執行任務,例如當作病人的點滴架、輔助護理師工作的醫務車,以及賣場中協助工作人員上貨的籠車,能有效降低勞力負擔。

研究淋巴細胞質蛋白-1在腎小管間質纖維化之角色

慢性腎衰竭的病人係腎功能在幾個月到數年期間逐漸而難以逆轉的衰退,其中腎臟纖維化在慢性腎臟病中的一個重要病理變化。此種現象主要是發生在腎臟的腎單位經由過濾或再吸收過程所造成。一旦腎臟損傷時腎絲球或空腔滲透發炎細胞活化,因而產生 ROS、纖維化訊息和發炎細胞激素等訊息。淋巴細胞質蛋白-1 (LCP-1) 是一種 F-肌動蛋白結合蛋白,與多種惡性腫瘤和非酒精性肝炎有相關性。但 LCP-1 在腎小管間質纖維化之功能性角色及分子機轉,至今仍然未知。本研究利用臨床慢性腎衰竭病人資料及細胞模式來釐清 LCP-1 是腎小管間質纖維化之生物指標蛋白及其調控腎小管間質纖維化之分子機制。

利用氧化應激法結合膠原蛋白微島嶼誘導人類臍帶間質幹細胞分化

再生醫學透過控制幹細胞分化以應用於修復受損或是建構新組織。目前誘導幹細胞分化的方法多為添加成長因子的化學誘導法,然而此方法具有高成本和費時等缺點。在本篇研究中,我們以人類臍帶間質幹細胞,作為誘導分化對象,使其貼附於具最適化圖形的膠原蛋白微島嶼,結合大氣電漿及 H2O2 二種氧化應激法刺激細胞,探討誘導 WJ-MSC 幹細胞分化的最佳條件。在本研究中,我們發現單獨使用大氣電漿處理可使成骨分化率增加,而大氣電漿處理再加上星形微島嶼培養細胞時,則更顯著的提高成骨分化率。未來嘗試以 H2O2 誘導幹細胞分化, 並進一步探討大氣電漿和 H2O2 提高脂肪分化率的條件、影響分化的機制,期望能此新技術取代傳統化學誘導法,對組織工程做出貢獻。

Generalized Skolem-type Sequence的相關探討

本研究探討 Skolem sequence之推廣generalized Skolem-type sequence,是否能類比Skolem sequence 探討奇偶性 (parity) 的問題,也就是依照各數字所處位置模重複度 𝑠 所得餘數分類,觀察必不能填滿數列的組合,以找到數列存在的必要條件。接著以奇偶性 (parity) 及密度 (density) ,也就是比較數列位置差最大值與放入數列各數字的位置差總和,找出generalized Skolem sequence 的推廣 generalized Skolem-type sequence 存在的必要條件。 至於充分性,我構造出 hooked (1, 𝑚)-near Skolem sequence 在 𝑛 ≡ 2, 3 (mod 4), 𝑚 ≡ 1 (mod 2) 的情形,並猜想推導出的 hooked (1, 𝑚)-near Skolem sequence 必要條件也具充分性。接著我透過串接 Lanford sequence 的方式,構造出 𝑛 ≥ 3𝑚𝑘 + 1, 𝑚𝑖 ≥ 3𝑚𝑖−1 + 1 ∀ 3 ≤ 𝑖 ≤ 𝑘 的 (𝑚1, 𝑚2, … , 𝑚𝑘)-near Skolem sequence 及 hooked (𝑚1, 𝑚2, … , 𝑚𝑘)-near Skolem se- quence 存在的充分必要條件。

大氣電漿成長的氧化鋅結晶材料製作寬頻光感測器結合人工智慧辨識感測光之種類

本研究以大氣電漿技術在矽晶片上沉積氧化鋅薄膜,並透過不同溫度退火來最佳化材料特性,以製備高靈敏度的金氧半 (MOS) 光感測器,能偵測紫外光、藍光、綠光、紅光及紅外光等多種波段光源。大氣電漿技術具備操作簡便、無需昂貴真空設備、製程環保等優勢,並可有效提升材料性能。透過光學顯微鏡及掃描式電子顯微鏡分析顯示,退火溫度影響氧化鋅結晶品質,400 ℃與600 ℃條件下結晶較為明顯,且可由穿透式電子顯微鏡清楚地觀察到高溫退火會導致孔洞形成。此外,本研究利用半導體參數分析儀量測光響應特性,透過AI技術分析光響應波形以進行光源識別,有助於提升光偵測效率與準確性,為智慧光感測應用提供嶄新的技術方案。

禽畜糞堆肥除臭與氨氣資源化

禽畜糞堆肥常伴隨氨氣排放而有異味問題。目前成本低、培養易的木黴菌已廣泛用在堆肥中來加速發酵。此外,部分業者會將含氨臭的氣體蒐集再以稀硫酸水洗,產物硫酸銨可作為氮肥,但多被排棄。本研究結合木黴菌添加與排氣稀硫酸水洗,可縮短堆肥期程,更將氨氣肥料化,以 (1)木黴菌合適添加劑量、(2)稀硫酸水洗參數等二項為試驗主軸。結果顯示:(1)添加2/100木黴菌可使堆肥成品中總氮增加13%,減少氨排放;(2)含氨排氣經pH6-7稀硫酸水洗,98%的氨氣轉化成含約1,400mg/L之硫酸銨溶液,氮含量為300mg/L,相當於沼渣沼液農地施灌水準。

沙波紋與新月丘—從地球到火星

本研究旨在探究風成沙紋的型態和其移動速度及新月形沙丘的演化過程。利用吹出式風洞建立穩定且單一風向的風場,並運用不同粒徑的石英沙,以研究不同情況下沙紋和沙丘的變化。研究發現,風成沙紋的波長變化不僅受到風速、粒徑等特性的影響,還可能受到波峰後渦流長度的影響。另外觀察沙紋移動速度的變化後,可以明顯的發現與風速有高度正相關,亦討論能量的變化,並試圖建立風速與移動速度的轉換模型。在新月形沙丘演化過程的模擬中,我們歸納出三個主要時期:延伸期、崩落期和消逝期。我們也針對這些結果進行質性分析,透過觀察與討論,進一步了解沙紋與沙丘之變化過程與形成條件。最後我們比較了火星橫向風成脊(TAR)的形狀、動力及分布差異,推論其可能成因,希望進一步探究行星地表形貌的形成和演化過程。

混沌雷達感測與循環 神經網路之研究

本研究專題利用混沌電路所產生的信號來實現混沌雷達偵測物體的距離,在實作上面,使用運算放大器、電阻、電感及電容來實現蔡氏電路,並證明可用其混沌狀態發生的紊亂振盪來產生混沌雷達所需的信號,其產生的電壓信號,經由數位儲存示波器取出資料再加上軟體MATLAB的資料處理及信號分析,並使用了類神經網路中的循環神經網路,嘗試回復電路的設計參數,可證實蔡氏電路所產生的混沌信號,用於雷達信號的偵測不容易被破解、干擾且具有高度的安全性,未來極具發展潛力。

大氣常壓微電漿合成共價有機框架應用於光催化降解汙染物

為了解決水污染問題,本研究探討共價有機框架(COF)作為光催化劑的應用。COF具備高度可調孔洞、高穩定性及選擇性吸附等優勢,有助於有效去除水中污染物,對未來具有前景。本實驗採用大氣常壓微電漿合成COF,此方法能在室溫下以水為溶劑,無需高溫或有毒化學品,並僅需一小時即可完成合成,具有綠色化學優勢。實驗結果顯示,成功合成的COF能有效降解水中常見染料污染物(結晶紫及亞甲藍),證明了COF的高效光催化性。在紫外-可見光光譜中,隨著光催化反應的進行,染劑吸收波峰顯著減弱並幾乎完全褪色,確認了COF優異的降解能力。掃描電子顯微鏡圖像顯示,COF的高度有序孔洞結構提升了其催化活性與穩定性。這項技術不僅能高效處理水中有機污染物,還具備廣泛應用潛力,有望為全球水污染治理與環保提供新思路。