全國中小學科展

臺灣

好咖配好茶

本研究取樣淺焙及深焙咖啡渣與茶葉渣經過不同時間發酵後當作肥料進行白菜植栽顯示,白菜種籽適合於酸性咖啡土中發芽,而茶葉土 pH 值較鹼,雖會延緩發芽,但營養高,於成長後期更有利白菜生長,並以發酵 2 週土最佳。接續擇優取淺焙咖啡土與茶葉土混合當肥料,或進一步使白菜籽於淺焙咖啡土發芽後再移植至全茶葉土,最佳可獲得比淺焙咖啡土高出 5.17 倍或甚至 15.8 的成長效果。茶葉土營養佳除與發酵後茶葉成分有關外,土壤中富含溶鉀及溶磷等菌種亦扮演關鍵角色。此外,富含鉀離子的茶葉土所種植的白菜能透過關閉葉片氣孔、使澱粉代謝,並藉由根部提前累積脯胺酸來應對滲透壓變化,以增加根系與葉片對抗鹽逆境與缺水的問題。本研究利用適化咖啡土 pH 值與茶葉土養分相互搭配,可有效縮短發芽時間、大幅增加產率,提升耐鹽抗旱能力,除有助活化廢棄物外,並可提升農業競爭力。

3D仿生昆蟲翅膀感測器設計-利用SERS偵測微量汙染物分子

由於環境汙染、食安檢測需求提升,然現有的檢測方式成本和效率都不高,所以本研究試圖用拉曼光譜(Ramanspectroscopy)配合表面增強拉曼光譜 surface-enhanced Raman scattering (SERS)解決訊號微弱的缺點,來找出成本和時間需求最低的檢測方法來進行檢測。我們選用金龜子、蟬和蝴蝶三種昆蟲的翅膀鍍上奈米厚度的銀(10nm)來試驗,以符合 SERS要求的粗糙結構和貴金屬表面,利用熱點效應和表面電漿子共振來增強拉曼光譜的訊號,在實驗中我們也對基板進行了各項檢測,包括 X光繞射分析(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)、水接觸角分析以及電子顯微鏡分析(SEM 和 FESEM),也對比了各種參數,包括放置時間、鍍銀厚度、藥品濃度等,也加入了環境水檢測,我們也對比了諸多數據,並且找出所期望的成本最低效率最高的基板參數,未來也有望運用在河水汙染檢測或是農藥殘留量檢測,甚至能運用在藥品或是生物樣本檢測,可以說是有相當發展的潛力。

Experimental Study on Optimal CADR Filter Thickness of Air Purifiers

美國環保署指出美國民眾 90%的時間待在室內,人們常用空氣清淨機改善不良的室內空氣品質,所以空氣清淨機效能對於健康影響至關重要。市面空氣清淨機常宣稱使用 HEPA濾材,但其厚度未必是理想的乾淨空氣輸送率(CADR)。目前僅有最佳CADR濾材厚度的理論,尚未有實驗資料佐證。本研究以實驗方式研析濾材厚度與最佳 CADR 厚度之關係。實驗使用自製空氣清淨機含離心風扇和不同厚度之濾材,測試四種濾材品牌及四種風扇功率,以 SMPS 測量上游及下游顆粒濃度來判定過濾效率,用單通法計算 CADR。結果顯示,隨著濾材厚度增加過濾效率與CADR 提升,但超過最佳濾材厚度後,厚度增加反而造成 CADR 降低。最佳 CADR 濾材厚度約出現在 0.1 微米顆粒有約 20-40%過濾效率時。若以最易穿透粒徑為參考點,則過濾效率約在 10- 30%。欲發揮空氣清淨機最大效益並延長使用期限,濾材厚度應約略小於最佳 CADR 濾材厚度。

幾何圖形的創意設計與應用

對稱與密鋪圖形是數學美學的表現,廣泛應用於藝術與工程設計中,本研究利用 Python 語言及其套件,依據平面設計的法則,撰寫十七種平面對稱圖形的程式碼,程式碼可透過Replit 平台的雲端共享功能促進跨領域專業人士之間的合作與改良。此外,針對一般群眾本研究透過定義函數和變數開發出「幾何設計」專案讓使用者能夠透過座標設計,輕鬆原創出具有對稱性和密鋪性的幾何圖案。本研究在幾何教學、平面設計和 3D 建模等方面都展現了其應用和優勢。我們也收集了使用者測試的反饋和數據,並提供了將平面圖形轉換成 3D 模型的過程和示例。

以數據驅動方式探究類星體於可見光與無線電光譜之性質關聯

通過 LOFAR望遠鏡與斯隆數位巡天計畫之資料釋出,我們得以在大量、清晰的資料庫中發掘許多天體的特殊性質。本研究結合兩個大型研究計劃的無線電波源目錄與類星體光學目錄,分析 LOFAR-detected類星體在可見光觀測上與其他類星體的光譜性質差異,利用決策樹與相關的集成學習模型建立對於缺乏無線電紀錄之類星體的光學資料分類模型,並期望在未來驗證學界目前對於類星體產生無線電原理的各種假說。

探討地震相關因子對於斑馬魚社交行為之影響

台灣地震次數頻繁,除了地震帶來的自然災害以外,地震也會造成生物的心理焦慮及恐懼。斑馬魚是一種群居動物,可以表現群聚、侵略、恐懼、焦慮或是警戒等行為,因此斑馬魚的行為表現是分析社交行為的理想實驗模型。本研究目的為探討斑馬魚的社交行為是否會受地震之影響,藉由模擬地震的發生來觀察斑馬魚社交行為的變化。在斑馬魚潛水實驗(Novel tank diving test)發現在模擬地震強度 4.5 級的晃動後斑馬魚待在上層水域的時間下降;鏡像啄食實驗(Mirror fighting test)中則發現處理組的魚經由模擬地震強度 4.5 級的晃動後攻擊次數和打鬥週期皆顯著上升;而在社交偏好實驗(Social Preference test)中發現經過模擬地震 4.5 級晃動後的斑馬魚將會更傾向於靠近其他熟悉的個體。斑馬魚在地震來臨時會感到不安和焦慮造成其警戒心上升進而提升其攻擊慾望,也會更傾向靠近熟悉的同類維持安全感。

綬草根部共生真菌的多樣性探討

蘭科植物的種⼦細微如沙塵然⽽胚發育不完全,亦無胚乳。在⾃然條件下,蘭科植物需仰賴菌根真菌⽅能順利完成其⽣活史。本研究欲探討綬草(Spiranthes sinensis)與根部共生真菌(root-originated mycorrhizal fungi)的關係,將實驗分為四個部分,一為觀察綬草根部、種⼦和共生真菌。二為探討綬草的根部共生菌種。三為測試共生菌絲與萌發所需物質的關係。四為探討共生真菌與綬草萌發的關係。結果發現綬草的根部共生菌種類會受環境影響,並且綬草根部的真菌種類不少,其中包含角擔菌Ceratobasidiaceae、膠膜菌Tulasnellaceae、傘菌科agaricomycetidae等,且能分解環境中的澱粉與蛋白質。

蔗糖、葡萄糖及果糖對阿拉伯芥幼苗 防禦基因PR1表現的影響

本研究藉由觀察不同濃度及種類的糖對 pPR1:GUS 轉殖株的影響,探討糖是否可以作為植物的危險信號,進而觸發植物的防禦系統。我們推測蔗糖環境濃度 0.5%、1%、2%及果糖濃度 6%時可以促進植物的防禦機制。我們認為可能是植物偏好蔗糖,所以發展出使用蔗糖作為危險信號。然而,在感病實驗中,我們卻發現使用 2%蔗糖條件處理植物根部及葉片,並不會增加植物的抗病性。

k距離集合與分類

k距離集合是一個在離散幾何領域中被探討到的問題,也是我們在這篇文章中所想要研究的主題。我們將會先對平面中 4,5個點與三維中 5,6個點的二、三距離集合進行分類,然後再探討在三角形與正方形格子點上的 k 距離集合中點的個數與不同形狀的格子點之間的關聯性,並對這些 k距離集合中的點在 k值較小時進行統計與分析。而我們的研究目的為找出在不同格子點構造中 k 距離集合點的最大個數,並比較兩種構造的形狀以及效率差異。

微波輔助加熱法於製備鈷摻雜氧化鋅奈米結構於光催化分解水產生氫氣之研究

本研究透過微波輔助加熱法合成Co摻雜於ZnO之粉體,並嘗試改變犧牲試劑種類及濃度,以探討最佳產氫效率的比例。研究結果顯示,以0.1g乙酸鈷摻雜於ZnO,且使用0.1Na2S做犧牲試劑,其產氫效率較未摻雜者高出一倍以上。另以SEM、XRD與BET儀器分析,顯示Co成功進入晶格,材料表面形成更緻密的網狀結構,且比表面積增加為原始的三倍,因此能帶來更高的產氫效率。未來期待能使氫能源的製備往永續能源方向再邁進一步。