全國中小學科展

臺灣

「硫」不住的「紅」塵── 探討二硫化錫降解羅丹明之研究

本研究將不同比例的硫.與二氯化錫,在固定溫度200℃、加熱時間9小時,所合成出的壓電材料SnS2用來降解羅丹明染料,實驗結果發現以莫耳比1:4為最佳,降解率可達到96%。接著固定莫耳比1:4及溫度200℃下,發現在不同水熱時間時以水熱九小時的SnS2觸媒降解效果最好。最後本實驗以固定比1:4及水熱時間9小時在不同水熱溫度所合成的SnS2觸媒,以水熱溫度200℃時的降解效率最好,可達到96%。接著我們將最佳合成條件的觸媒對不同濃度的羅丹明進行降解,可發現當羅丹明濃度達到50ppm時,只需要2秒降解率即可達到99%,即使濃度達到70ppm時濃度降解效果仍可達到86%。最後對SnS.觸媒進行SEM分析發現顆粒大小為微米等級,而在PL分析發現本觸媒具有活性的能力且符合實驗結果。

「銅」「鋅」協力—指向型電鍍的研究

本研究旨在開發一種指向型電鍍技術,通過自製電鍍實驗裝置,並使用OpenCV和Python製作自動監控裝置進行電鍍時的影像處理,分析鍍層的顏色變化,從而準確測量鋅鍍層的厚度與擴散程度,提升電鍍精確度並減少資源浪費。研究中探索了不同電壓、濃度、電極來回移動頻率與鋅離子擴散抑制劑對鍍鋅時鋅擴散程度的影響。結果顯示,較低的電壓、濃度、電極移動頻率與加入擴散抑制劑能有效控制鍍層擴散,實現更集中的電鍍效果。

以農電共生方式提升台灣太陽能總發電量

台灣現行的「毀農式種電」政策犧牲農地以增進太陽能發電,導致農業用地縮減、農民收入減少,能源需求與農業發展間產生衝突。我們參考日本成功的農電共生模式,提出一種可滑動的太陽能發電系統,利用Arduino控制太陽能板的開合,兼顧農地種植與發電效能。此系統結合植物光合作用原理,特別適合種植半日照作物或具有光合午休特性的植物。當植物進行光合午休時,太陽能板滑動展開以提高發電量;在強光高溫時段,太陽能板則可遮蔽陽光,避免植物葉片受損。此方案不僅能恢復「毀農式種電」土地的種植功能,也讓農民獲得穩定收入,實現農業與綠能發展的平衡。這套模型提供具體且可行的解決方案,期望在提升台灣總發電量的同時,達成淨零減碳目標,並促進農業的永續發展。

沙盒類遊戲式學習平台系統伺服器架設節能效率研究:以Minecraft為例

本研究以 Minecraft 為例,探討沙盒類遊戲式學習平台系統伺服器架設的節能效率,旨在透過動態調整伺服器數量降低總CPU使用率,提升伺服器的管理效能和能源使用效率。隨著線上遊戲的普及,伺服器的營運管理變得越來越複雜,如何在滿足玩家需求並同時降低能源消耗成為一個重要議題。本研究將分析伺服器資源使用狀況,特別是在玩家活動量高低波動的情境下,透過管理策略的調整,探討其對節能效率的影響。 研究透過實證數據的收集與回歸分析,建立一套可應用於 Minecraft 伺服器的節能動態調整系統,並探討動態調整的具體效率。研究結果發現隨著玩家人數增加,越接近系統負載上限,節能效果會越來越不明顯,以本次研究的伺服器來講玩家人數到達35人以後就無法再減少伺服器數量。

探討輪胎的摩擦係數與各物理量間的交互關係

本研究旨在探討單車輪胎摩擦係數與各物理量之間的交互關係。由於摩擦係數的公式在多年以來備受許多質疑,我們決定透過實驗深入探討影響摩擦係數的各種物理量(如:接觸面積、正向力…等)是否有實質關聯。研究方法採用實徵研究進行試驗,調整輪胎胎壓並測量各狀態下的摩擦力、正向力和接觸面積,對不同胎壓下的摩擦力變化量與胎溫上升量進行比較,藉此驗證摩擦係數與胎壓、接觸面積間的非線性關係,找出單車輪胎的摩擦圓(friction circle),並將實驗值與理論值進行一系列的比對。研究結果發現:隨著胎壓增加,輪胎的接觸面積減小,摩擦力會隨之減少,輪胎升溫量也著減少。此外,透過數值模擬和自製轉動儀器實驗分析並比較側向、切向摩擦力與摩擦係數的各項關聯性。總的來說,做好適當胎壓的調整對行駛的穩定和安全性具有直接影響,據此提供更多生活應用的良方。

歐氏空間中固定圖形在整數格點的最大覆蓋

本作品針對固定格點中的最大覆蓋進行研究,探討三角形與平行六面體的最大覆蓋面積與體積,以及此時的作圖圖形。對於三角形,我們的研究對象為平面 9𝑛2 格點,我們觀察出每三圈格點為一個作圖單位,並藉由定義點集合範圍來證明最大面積三角形。為了證明所提出的猜想,我們以三個正方形與四個三角形之間的轉換關係為方向進行研究,並求出相同旋轉點三角形的大小關係,將坐標分門別類後加以探討。至於平行六面體的部分,我們則研究立體 8𝑛3 格點,在提出最大體積總和之猜想後,以底面積與高兩方面來推算出最大體積,最後將平行六面體依據平面法向量分成數類以證明猜想。

探索校園中有助於植物抵抗逆境之菌株

本研究旨在校園植物上篩選出使植物對抗逆境具有潛力的菌株。首先,將校園植物葉圈與維管束內部分離出的細菌進行生理生化分析及篩選後,分離出三株對植物生長無不良影響之 Priestia megaterium菌株。實驗結果顯示,P.megaterium能共生於番茄苗中,將番茄幼苗處理P.megaterium菌株兩週後,能協助番茄植株抵抗土壤鹽化而存活,或是當土壤環境有油污污染時亦能使植物維持生長,因此具有幫助植物抵抗不良逆境之潛力。未來則希望能更進一步 探討P.megaterium與植物間如何相互作用而抵抗逆境。

千錘百鍊—阿拉伯芥熱鍛鍊次數之研究

全球暖化對生物構成重大威脅,生物熱適應成為關鍵課題。本研究探討阿拉伯芥的制約學習及不同熱鍛鍊方式對短期後天耐熱性(SAT)與長期後天耐熱性(LAT)的影響。結果發現阿拉伯芥在經過200Hz聲音與熱鍛鍊聯結的訓練後,未顯示制約學習;多次間歇熱鍛鍊對SAT有顯著的累加效果,而LAT的提升則是持續熱鍛鍊較有效;藉由數學建模分析,增加熱鍛鍊次數、持續時數,SAT、LAT的耐熱能力會遞增但增益效應卻遞減,可依據建模因應不同需求來調整熱適應策略;分子機制上,SAT的增益效應可能與sHSP17.6有關,LAT則與HSP101及 HSA32有關,顯示不同熱鍛鍊方式可透過不同機制來調控耐熱蛋白的表現與衰減。這些成果深化我們對植物熱適應的理解,還為應對不同熱逆境提供具體精準的策略。

深度學習預測仿生複合材料的斷裂行為

本實驗主要透過程式模擬及數據分析,探討受力材料之裂紋走向。透過模擬,我們找出會影響裂紋發展的因素,如原斷裂紋的長寬比。於不同的的材料會影響裂紋走向,我們將材料設置為單一材料與兩種材料組成的複合材料進行探討,並將結果進行分類。此實驗有助不我們去理解同的初始裂紋對不材料後續的裂紋關係,目前也正在嘗試利用cGan系統預測複合材料與裂紋的關係,希望能預測出準確的結果。

溶液深淺長短跑—創新方法精密測量折射率與液體濃度的關係

我們利用一般裝潢使用測量距離的雷射測距儀,配合理論推導,自行設計實驗方法與步驟,成功地精確測量各種水溶液在室溫下的折射率。透過我們的實驗方法與高中光學插針法測量液體折射率的實驗比較,測量誤差比插針法得到的實驗結果小一個數量級。我們還利用此實驗方法精確測量不同濃度的各種水溶液之折射率,探討折射率與濃度之間的線性關係。我們更進一步測量雙溶質水溶液與不互溶的兩液體,發現其折射率皆具有線性疊加的關係。