全國中小學科展

臺灣

雙偶幻方之研究與破解

本研究主要在探討雙偶幻方的解法,我們一開始使用數列交叉擴展法來解雙偶幻方,但後來發現這個方法受到兩個數一組的限制,所以只適用於2n階幻方。為了能涵蓋更多的雙偶幻方,我們試著把改變數字交叉擴展法並與羅伯法結合,創造出一個可以破解所有雙偶幻方的解法,並進行一般式的證明,最後利用斜排特性構造出更多種4n階幻方解法。

四方輻輳-探討正方形加權費馬點之位置變化

本研究主要在探討費馬點在正方形四頂點具有加權的狀況時,尋找隨著加權情況變化而移動的費馬點位置。我們從原費馬點研究三角形一般加權情況開始發想,將費馬點研究推廣至由正方形加權情況下的特殊化結果,利用加權的對稱性,來解得不同加權情況下的費馬點位置,也利用偏微分和物理觀點證明了一般正加權情況下的唯一性。最後,我們將研究推廣至負加權的情況,並找出特定加權條件下,存在費馬點的條件。

吃出健康~客家芥菜變變變大解碼

四年級時參加食農教育,於是展開了「芥菜探究之旅」。結果顯示: 一、不同濃度粗鹽對酸菜影響:粗鹽濃度越低,浸泡液酸性越強、酸菜顏色越偏黃、亞硝酸鹽越低。 二、 不同種類鹽對酸菜影響:粗鹽、低鈉鹽濃度越低酸性較強;粗鹽濃度越高,產生亞硝酸鹽越高,而低鈉鹽、精鹽濃度越高,產生亞硝酸鹽越低。 三、 不同方法對酸菜影響:傳統方法的酸鹼度,數天後變得較不酸。精鹽、粗鹽酸菜顏色偏黃色,低鈉鹽酸菜顏色偏暗綠。脫水率以精鹽最高,低鈉鹽脫水率最低。 四、添加養樂多對酸菜影響,醃製到10-12天時,亞硝酸鹽含量消失、酸菜 偏黃 。 五、有光的環境對酸菜影響,有光酸菜浸泡液越酸、顏色越黃、亞硝酸鹽越低。 六、粗鹽醃製的福菜,亞硝酸鹽幾乎為0。

自製分光儀原理及其應用

當代科學研究中,分光儀已廣泛應用於諸多領域。然而其高昂價格往往阻礙了們親近科學的想望。因此,本研究以三稜鏡等平價材料,結合Tracker Video Analysis and Modeling Tool軟體製作分光儀,並應用於分析領域。熱力學方面,成功測得鐵III離子與硫氰根離子錯合反應之平衡常數;化學動力學方面,成功測出碘鐘反應之速率定律式,並求得其活化能。實驗結果與先前研究文獻相當接近。雖然本研究自製分光儀在觀測範圍、精確度等面向遜於專業分光儀,但其簡易的操作程序與準確的實驗結果仍印證了其實用性與可靠性。換言之,本研究從低成本材料出發,以當代普及科技為支點證明此模式能夠槓桿出許多應用。

外來入侵種植萃物對果蠅忌避效果之探討

萃取四種常見且具有驅蟲效果的外來入侵種植物:馬纓丹、紫花藿香薊、大花咸豐草以及小花蔓澤蘭,配合果蠅喜愛的果物—香蕉,模擬家中果蠅受果香吸引的環境,初步了解這四種常見的外來入侵種驅趕果蠅的能力。接著利用氣相層析質譜儀的分析中,我們發現紫花藿香薊與小花蔓澤蘭具有氣味分子─2-Hexenal;再利用ATR-FTIR分析出馬纓丹與大花咸豐草具烷類與醛類的訊號;最後利用果蠅迷宮實驗發現果蠅會避免前往放置紫花藿香薊與小花蔓澤蘭的區域,用以說明紫花藿香薊與小花蔓澤蘭對果蠅具有一定的忌避效果。期待找到外來入侵種利於人類生活的用途,達到外來入侵種的危害防制,更期待可以開發出外來入侵種植物的經濟價值。

多組學分析確定STING1為膀胱癌的預測因子

全球每年約 165萬人罹患膀胱癌,其中死亡人數高達20萬,為癌症相關死因中第九名。手術治療後的五年內復發率高達31%至78%,造成健保極大負擔。本研究決定從傳統生物學轉向生物資訊學,透過基因多組學分析來診斷癌症。STING1(干擾素反應刺激物cGAMP交互作用子1)能編碼跨膜蛋白,主要調節細菌與病毒感染的先天免疫反應。因此,本研究用GEPIA2、UALCAN、cSurvival、與UCSC Xena來探討不同表現量與存活率的關聯,用cBioPortal來進行基因變異分析,用STRING、GeneMania和TIMER2.0來確定STING1與基因的交互關係,用LinkedOmics與Gene Ontology進行了基因富集分析,用TISIDB與TISCH1評估STING1在腫瘤環境中的作用。從此尋找到明確的預測因素、理解 STING1在BLCA中的潛在機制,為BLCA開闢新的治療標靶療法。

多孔隙有機金屬框架材料高效延長驅蚊成份釋放之研究

本研究採用綠色製程合成MOF:UiO-66-NH2、MIL-100Fe,雙溶劑置換移除客體分子後以HEVA提升晶性。高溫和長反應時間可提升UiO-66-NH2產率,但超過20小時產率差異小;劑量等比例增加時產率下降,高劑量使反應系不均而降低產率;合成時先加EtOH再加ZrCl4可減少受潮分解而提升產率。IR測定確認Icaridin才有的C-H特徵峰,證實UiO-66-NH2對Icaridin具吸附性。TGA測試出UiO-66-NH2吸附Icaridin後熱損率相較於純UiO-66-NH2變低,佐證其吸附性。TEM檢測證實主客體分子作用具分子自組裝現象。NMR製作檢量線估算MOF洗脫液中防蚊成份含量,發現UiO-66-NH2對Icaridin的吸附性優於其他防蚊物質。BET測試UiO-66-NH2具高比表面積和大量微孔結構,適合吸附實驗。散失試驗證明MOFs能高效延長防蚊物質釋放,MOFs散失防蚊物質主要是物理散失。

探討光刻機鏡面陣列對於效能提升之潛力

為突破摩爾定律限制,提升光刻機效能成為晶片製造領域的重要課題。本研究旨在利用「鏡面陣列」降低光強度散失以提升光刻機效能。實驗中以光譜儀測量光源經凹面鏡及平面鏡反射後的光強度和光點面積,並將數據標準化。結果顯示平面鏡光強度隨數量增加線性下降,凹面鏡則為指數下降,且光強度散失自第六面面鏡始小於平面鏡。在包含平面鏡與凹面鏡的陣列實驗中,先以七面平面鏡搭配一面凹面鏡,測量不同位置的光強度,選出最佳組合,再逐步以凹面鏡替換平面鏡。結果顯示光強度最強的組合為「平平平平平凹凹凹」,因此並非使用越多凹面鏡就能提高效能。未來研究可從最佳組合出發,改變塗層材料、鏡面面積和曲率等變因,進一步提升光刻機效能。

輕功水上漂之驚濤駭浪

水黽在水面上自在地的滑行,就想探索動態水面的表面張力。先設計用懸掛式的方式來測量表面張力,發現寬度愈大,可承載的重量越大,若加計沉陷的壓力差,則表面張力趨於一致。再測量兩根線接近時的承載力,發現距離小於 5mm,承載的重量隨距離的減少而減少,超過後則沒影響。當波前與壓克力板的方向平行時,在波谷時的向上加速度最大,此時水的表面張力不足以拉上壓克力,就會沉沒。波前與長邊垂直,當波浪來時,表面張力將前方向上抬升,後方要往下降,卻受到的表面張力的阻止,所以容易沉沒。推動鋁線快速前進時,鋁線前後方向上分力減少而沉沒。所以鋁線與前進方向垂直的比例愈多,最大前進速率愈小。依此做出表面張力移動底盤。

且滾且停,隨液而動~自製緩速車滾動之研究

本研究在探討容器內容物影響滾動的狀態分析,進而研發出能自動緩速以滾、停、滾、停方式下坡的車子。我們研發自動計時裝置及可調式坡度裝置並使用 無線運動位移感應器以及Tracker 軟體來分析實驗結果,實驗結果發現 影響容器滾動狀態進而達到緩速下坡的因素有:容器種類、流體黏滯度、流體容量、斜坡角度及容器內含物。我們也試著利用球體容器來研發製成輪子,最後選擇第三代輪框式球輪組合成球型輪車,透過在不同車輪內控制黏滯液體的容量及添加彈珠的8種組合方式,探討車體緩速下坡的時間、滾動速度及滾動轉角的影響,期待緩速車能在生活中無障礙空間及自動安全載物之應用。