全國中小學科展

臺灣

植物萃取配置乳液之抗氧化、保濕及抗UV成效探討

本次實驗中,我們嘗試從生活常見的食物,如:紅豆、青花菜等十種素材中萃取熱穩定性成份,並製作出含抗氧化、抗UV及保濕效果的乳液。研究結果指出在單一素材的比較中,紅豆具備最佳的抗氧化能力,而黃甜椒則具備最佳的抗UV能力和保濕效果。接續我們選用這兩項素材調配比例並測得抗氧化能力及抗UV能力,其結果最佳比例為紅豆比黃甜椒3:7,保濕效果最佳則為7:3 而 3:7則次之。綜合上述的比較判斷,發現紅豆與黃甜椒比例為3:7時具備最佳的綜合表現,後續期望一般民眾可以在家自製天然環保的乳液,並且兼具抗氧化、抗UV和保濕能力。

以三角形各邊生成共頂點正多邊形圖形性質之研究

本研究源於競賽之幾何問題,將其動態化與一般化得到三角形各邊同向生成正多邊形頂點與頂點連線特定的圖形不變性。本研究證明出: 一、兩外延正n邊形與框架正n邊形同相對位置的頂點(分別為Bi、Ci、Ai),與三角形可動頂點K 恆形成平行四邊形BiAiCiK,此為形成不變性之關鍵。 二、當三角形可動頂點之角度為定值θ,則框架角分別為180+180/n-θ及180-180/n-θ度。 三、三角形可動頂點K移動過程中,兩外延正多邊形中以K為起點分別依順時鐘與逆時鐘依序對應之頂點會形成(n-1)組的以底邊中垂線為對稱軸之軌跡,並與K點軌跡形狀相同、大小分別為框架正n邊形第i-3或i-4對角線長度倍數的圖形(若i-3、i-4≦0,則為1倍)。

科技農夫出任務-智能農田灌溉系統

當全球受極端氣候影響之際,大家都得面臨各種面向的衝擊。我們所在縣市的農田灌溉水源主要取自濁水溪、清水溪,根據行政院農業委員會-農田水利署網站提供的資料,全縣並開鑿地下水井約459口,平均每年用水量約15億立方公尺,其中取自地下水約2億立方公尺。 我們發現學校附近農田,是屬於灌溉渠道的末端,所以,在枯水期時,會大量地抽取地下水來使用如此恐會導致地層下陷的情況發生。本作品將探討農業使用地下水灌溉所面臨的問題,並提出以科技為基礎的解決策略。改善農業抽取地下水,而導致地層下陷的問題以確保農業與環境間的永續發展。

利用昆蟲外殼與翅膀仿生奈米結構及SERS方法偵測污染物

現在環境汙染問題日益增多,汙染分子檢測的需求也逐漸被人們重視,但現在使用的檢測方法普遍成本偏高且方法複雜,於是本研究想研發一種便宜且簡單的檢測方法。利用PDMS(Polydimethylsiloxane)翻模金龜子外殼(Beetle Shell:BTS) 和豆娘(damselfly: DSF翅膀表面的微結構,並鍍上一層貴金屬銀研究表面增強拉曼光譜 (SERS)的增強效應及偵測微量分子的可行性。本研究通過試驗不同鍍銀厚度、基板在不同濃度的待測物下拉曼增強的能力。實驗顯示,PDMS-BTS和PDMS-DSF鍍上10nm銀後能偵測羅丹明6G(Rhodamine 6G:R6G)到10的-6次方濃度,是實驗發現最佳的參數,而一次檢測的耗材成本只需約17元,相較目前拉曼基板普遍用的雷射雕刻或3D列印技術製程還更經濟,未來會增加不同檢測物、鍍銀厚度或探索不同昆蟲微結構以找到最好的基板參數。

「C u 」「LA」ter, my 「FREUND」—探討海藻酸鈉晶球吸附銅離子的最佳吸附條件及以等溫線與動力學方程式分析吸附現象

我們的實驗延續上次小論文(韓語軒等,2023)[1]以海藻酸鈉晶球吸附銅離子作為研究主題,並比較了各項變因(海藻酸鈉濃度、成形時間、吸附時間、是否搖晃、溫度、吸附之硫酸銅濃度)下的吸附效果,嘗試找出最佳吸附條件。 經過實驗,我們將數據經擬一級、擬二級動力學方程式分析後,以理論的吸附速率回推,得出吸附90分鐘已達吸附極限值的99%;同時繪製出兩方程的線性圖片,比較R2值後判定此吸附更接近擬二級吸附。以不同濃度硫酸銅的結果代入Langmuir與Freundlich等溫方程後,也呈現良好的線性關係,可以用於分析我們的實驗結果。

點心中垂三角形性質之研究

本研究由一題三角形內心與其旁心三角形頂點連線交外接圓所構成三角形面積問題出發,藉由相似形的觀察發現可透過連接頂點與內心作中垂線作圖而成,以此為靈感開始定義點心中垂三角形,創新探究其他形心所構造的點心中垂三角形性質以及與原三角形的面積比,過程中發現三角形五心之間心與心互換的關係,讓我們聯想到如果繼續疊作中垂線,三角形有外、內、垂心共點與共線性質,接著我們延伸至四邊形與多邊形,發現層層之間的圖形有彼此相似與對應邊 平行…等共點、共線性質存在。

無所遁形–利用色相分析找出內部有黑點的茭白筍

茭白筍又稱美人腿,農友選種、育苗和田間管理,種出白皙、嫩長、有甜味的產品,但有時會長出內部有黑點、口感不佳的花心筍;內部有黑點的,不容易從外表判斷出來,需要切開筍體做檢查,這種破壞性檢查造成損耗,會降低農作收穫量。本實驗以手機色相分析應用軟體(Color Analyzer),檢測剝殼茭白筍外皮,發現當綠殼茭白筍R值<160、G值<165、B值<110,或是紅殼茭白筍R<180、G<180、B<140時,內部有黑點,且有7成正確率;當帶殼茭白筍的R值≧210、G值≧200、B值≧130時,是最佳採收時機。此實驗證明了:使用色相分析軟體為可行的檢驗方式,是簡便、環保、不具破壞性又低成本的,可以幫助農友及時採收並檢查內部是否有黑點,以提高農產品的經濟價值。

陽光氫鬆產能

本研究旨在製作一套利用太陽能為動力的電解水製氫裝置,探討影響製氫效率的因素,並進行裝置優化。首先,為減少歐姆過電位來提高能量轉換效能,我們創造雙層圓筒式電極以最小化兩極距離,並利用較便宜的碳材來確認此電極型態確實可順利運作後,再改電極為發泡鎳,以降低活化過電位。而濃度極化所造成的過電位,則是利用離子交換膜及外接馬達抽換電解液的方式克服。常溫下,鎳為電極,當KOH濃度為35%、0.25A(1.8V),製氫的能量轉換率最佳,為271.6L/kW.hr。 透過優化裝置的設計解決了早期漏液、補水等問題,且改良後裝置採共用電解液和可調節電極數量的設計,提高實用度。最後,建立IoT系統來控制抽換電解液的間隔時間,使裝置達自動化且增加效能。

光音似見-透過光訊號還原聲音

本研究旨在探討透過雷射光偵測遠端聲音震動訊號,並將震動訊號還原成聲音之可行性。研究發現:透過雷射光偵測遠端聲音震動訊號,並將震動訊號還原成聲音具有相當可行性,但因為電壓訊號係收集反射之雷射光,並非直接訊號而是參雜了許多雜訊,因此雜訊去除是聲音還原主要關鍵因素。本研究先將電壓訊號進行資料預處理及轉換為梅爾頻譜圖可視化後,再以三種不同雜訊去除方法降噪,並與原始聲音進行SSIM-結構相似性比對,發現深度學習UNet模型表現最佳。最後研究中所訓練的UNet模型,在單頻、雙頻聲音的表現相當良好,相似度最高達0.930;但在古典音樂多頻複雜情況下表現較不理想,相似度最高達為0.434。

龜神效應?—大臺北地區秋冬季節地形降雨探究

以學生所居住的新北市三重區為研究地點,探討秋冬季節大屯山區對東北季風造成地形遮蔽,形成背風面降雨偏少的 雨影現象(龜神效應)。首先蒐集並分析2023年10~12月大屯山區的迎風面與背風面影像及氣象資料,再進一步探究長時間五年氣象參數特性,最後以模型實驗模擬東北季風受地形屏障形成的降雨差異現象。結果發現:迎風面與背風面四個研究地區中,五年數據分析顯示降雨量最少是背風面三重區,表示地形遮蔽的雨影現象在三重地區確實存在。東北季風帶來的氣溫越低、溼度越高、風速越強、風向偏東北方向時,迎風面的降雨越多,且迎風面與背風面降雨有明顯差異。水氣通過山區模型實驗,可以呈現東北季風通過大屯山區地形遮蔽作用所造成的降雨差異。