全國中小學科展

臺灣

還我無水污染的顯微電解世界

Chemistry experiments in school produce an abundance of waste in both materials and equipment. Since hands-on experimentation is a critical pedagogical tool the trend in classroom experimentation is clearly towards environmentally friendly experiments that scale, but was also able to measure reaction rate in blue cupric sulfate solution using the color dissipation as a rate gauge. There was an evolution of apparatus and experiment design beginning with simple magnifying glass optics and advancing to a custom made, light-gathering microscope video apparatus that allows the experiment to be monitored and files recorded for later viewing. I was inspired by the Yin Yang Sea phenomenon in Taipei County. The Yin Yang Sea is a coastal area in Chinkuashih, Taipei County where coastal currents in the area lack the strength to disperse the heavy metal pollutants that empty into the Lientung Bay. The result is a contrast between the blue sea water and the turgid yellow ground water. This contrast led me to add an all-purpose indicator to the reactant solution. This deepens the visual effect of the electrolysis experiment. 我們從環境保護的角度去思考學校的化學實驗時,減量減廢的微型化學實驗已是未來實驗的趨勢。經過多年的努力,我除了成功的做到電解最微量的一滴溶液外,對於從藍色硫酸銅溶液顏色消失的電解時間裡,還可做定量的檢定感到不可思議!為了更清楚看到液滴溶液的電解反應,儀器的設計由放大鏡到自組顯微投影機,最後進階到顯微視訊的畫面,它不但可記錄下來,而且可在電腦中播放。為了更清楚看到液滴溶液的氧化還原反應和酸鹼變化,我想到了在北台灣的金瓜石海域一處特別的景觀,那就是離岸近海處有黃藍兩個不同顏色的陰陽海!於是我加了廣用指示劑到液滴中,由電解後出現的的陰陽海畫面,更可加深實驗的效果。 最重要的是:最環保也最接近零污染的顯微化學實驗,已然是未來可發展下去的目標。

以簡易方法探討奈米銀的化學活性優於非奈米級銀粒子

A novel and simple method was developed to determine the activity of silver in nanometer particles more than in non-nanometer particles. The conductivity of conducting polymer, polyaniline (PANI) doped with different amount of nanometer silver particles was used to evaluated the activity of nanometer silver. In polymerization of polyaniline, hydrogen chloride solution usually used to increase the conductivity of polyaniline. When 1%(w/w) nanometer silver particles doped during the polymerization, the conductivity of polyaniline was down from 2.28 s/cm to 0.65 s/cm, then increased with increasing the amount of nanometer silver doped. The conductivity of polyaniline was changed from 2.28 s/cm to 0.47 s/cm when 3%(w/w) nanometer silver particles doped, but it is increased from 2.28 s/cm to 2.44 s/cm when was doped with 3%(w/w) micrometer silver particles. The conductivity of polyaniline changed due to the formation of silver chloride (AgCl) in doping nanometer silver. Some of the nanometer silver particles were formed to silver ion in hydrogen chloride solution for the high activity property of nanometer silver. This also can be proved from the spectra of XRD and FE-SEM. Therefore; determination the conductivity of conducting polymer by doping nanometer metal particles can be used to determine the activity of the nanometer particles. 本研究為開發一個新穎的檢測奈米金屬粒子化學活性大於非奈米金屬粒子的簡易方法。方法為利用導電高分子聚苯胺,於合成過程中添加不同濃度的奈米銀粒 子,並分別偵測其成品的導電度,藉以評估奈米銀粒子的化學活性。由於聚苯胺在合成過程中通常加入鹽酸以提高其導電度,致活性較大的奈米銀粒子於氧化後,隨即與氯離子形成氯化銀的沉澱,而降低聚苯胺的導電度,如添加1﹪(w/w)奈米銀粒子的,其導電度由2.28 s/cm 降至0.65 s/cm,隨後隨著添加量的增加導電度先降後再稍回升。一般非奈米級銀粒子因氧化電位為負值,即化學活性小,而不易被氧化。由實驗結果,我們發現同樣添加3%(w/w)的奈米級銀粒子或微米級銀粒子,添加奈米級銀粒子的導電度由2.28 下降為0.47,添加微米級銀粒子的導電度卻由2.28 上升為2.44,此乃說明本方法確實足以證明奈米級金屬的化學活性的確遠大於微米級金屬,因相同條件下,微米級銀粒子未如同奈米級銀粒子一樣被氧化成銀離子。即奈米級銀粒子可以輕易的被氧化,而非奈米級銀粒子則不易被氧化。尤其也可由X 光繞射儀分析光譜圖和場發射式掃描電子顯微鏡拍攝圖證明。因此,我們可以採用添加3 %(w/w)奈米級金屬銀粒子及微米級金屬銀粒子於導電高分子的方法,並藉導電度的變化,證明奈米金屬粒子的高活潑性。

高階線性遞迴數列中的餘數數列之探討

費氏數列中每一項除以任意正整數後所得的餘數數列具有許多有趣的性質,例如:所有餘數數列均有週期性及每個週期循環列皆是由0均勻分割,即數列在固定間隔某幾項後可被正整數整除,由此性質就可進一步計算週期長度。 本作品中我們嘗試將費氏數列中的餘數數列性質推廣到一般高階正整係數齊次線性遞迴數列(內文簡稱高階線性遞迴數列)的情形。我們發現除了所有餘數數列均為(前)週期數列外,每個週期循環列中的均勻分割的情形變化出二種:由數個0均勻分割(含某項後均為0)、數個不全為0均勻分割(含某項後皆為不為0的常數),進一步則探討上述二種中的區分週期循環列之條件。最後由餘數數列性質探討出其數列的因倍數定理。

炎之呼吸-火焰燃燒時間與空間、位置的關聯性探討

在這個實驗中,我們針對火焰在燃燒時,它所在的「空間形狀」與火焰的「位置、高度、長度」,來量測燃燒時間,期待利用量測出來的數據,配合自然課課程中有關「熱的對流」來推論,並找出一個適合燃燒的條件;實驗時,我們選用圓柱、四角柱、圓錐三種形狀的玻璃瓶,搭配五種不同的點火點高度、二種火焰長度來取得數據,其中圓柱、四角柱,除了在「瓶口圓心測量」,另也測量了「偏向瓶口邊緣位置」數據來做比較,圓錐因為瓶口較小,只測了圓心,實驗初期,遭遇到不少問題,如「火點不著」、「火焰變長」和「排除廢氣、冷卻」等問題,經過大家討論後解決,最後依數據來推論「瓶子形狀」與「火焰的高度、位置、長度」,對於「燃燒時間長短」的影響。

白裡透紅的秘密----溫泉中搖蚊的生態研究

在陽明山前山公園的溫泉溪中,我們發現俗稱紅蟲的搖蚊幼蟲,旁邊清澈小溪裡卻沒有。紅蟲在溫泉底泥中搖擺築巢,傍晚與清晨搖蚊在石頭與枝葉上行走或水面上婚飛交配。成蟲靜止時前肢不搖,婚飛不形成蚊柱。溪中成蟲與幼蟲數量會受雨量影響,約一個禮拜恢復。採集回家養殖後,我們觀察到卵、幼蟲、蛹、成蟲完整的生活史,也看到紅蟲的心臟以及分類依據的口器(頦)。透過實驗控制養殖水酸鹼度、底泥和溫度等變因,得知:紅蟲對酸鹼值的耐受性很高;水溫低時羽化速度比高溫時慢;粒徑小的底泥較適合紅蟲築巢棲息。因此我們發現,溫泉搖蚊身體構造和蚊子不同、習性與一般搖蚊不同,溫度、水質和底泥都會影響紅蟲生長,尤其是底泥對於搖蚊的影響最大。

Escher狂想曲

本研究運用兩套方法,成功的化簡、篩選眾多結構;配合繪圖檢驗,證明了六邊形共有20種對稱拼貼圖結構。透過本研究,在適當軟體的支援下,使用者可快速且精準的設計出富有創意的密貼圖樣;所有的圖形結構亦可被更加廣泛運用。運用本研究理論與結果,我們撰寫了一Visual Basic程式,可供使用者快速方便判別任意的六邊形磁磚是否可對稱拼貼;最後,我們將研究結果應用於相關立體圖形,如:環面(Torus)、圓柱曲面(Cylinders)及莫比紙圈(Mobius Strip);運用前人的研究,再配合本研究結果,將可以有更廣泛的應用,如:阿基米德立體圖….等。

青唇物語

從網路上收集簡易自製護唇膏的方法,最後選定以蜂蠟、乳油木果脂、初榨橄欖油、甜杏仁油為基底配方,再以火龍果、甜菜根、芳香萬壽菊葉、蝶豆花、芳香萬壽菊花、蜜柑橘皮、迷迭香等植物萃取天然色素加入護唇膏中,並嘗試調整基本配方油脂之間的比例、色素倒入的比例、熬煮的溫度與色素萃取的方法,過程中發現芳香萬壽菊、橘皮、迷迭香的植萃較能和護脣膏液均勻混合。 於是進一步以滑潤度、堅硬度、持久度、耐熱度、保濕度等物理性實驗,從四種自製護唇膏中找出最優質的一款,並邀請親師生試用四種護唇膏,並填寫調查表;這兩者均得出芳香萬壽菊護唇膏為最佳。將市售七種護唇和自製芳香萬壽菊護唇膏一起評比,發現團隊自製護唇膏品質不輸市售產品,而且自製護唇膏材料天然容易取得,能簡易自製,不加防腐可使用3-6個月,符合國人需求和消基會標準。 自製護唇膏備受好評,六年級決定一起做芳香萬壽菊護唇膏和柳丁皮護唇膏,當作送給全校師長的謝師禮。

以TiO2 觸媒材料製作廢液防污染系統

常常看到一些防污染系統的不實際及曠廢時日以致造\r 成污染面的擴大;最常見的為油輪漏油污染海面,而我們能\r 做的僅是利用攔油繩鏈(oil disaster)將污染海面的油污圈圍\r 起來防止其擴大範圍。從文獻資料得知最新的觸媒材料TiO2\r 可以在紫外光照射下發揮分解油污及廢液的功能。因此想以\r TiO2 為主題對類似油污污染及廢液污染的濾淨作一番探\r 討,進而研究出一套快速的除汙設計來嘗試解決層出不窮的\r 污染事件。\r TiO2廉價、無毒、穩定性高,為一種良好的光催化觸媒,\r 其實它早已被用來加入化妝品及口香糖中,以期促成人體內\r 外部(含口腔)的淨化功能。所以我們進一步配合空心玻璃球\r 粒的應用及TiO2 薄膜的鍍製來設計出具有分解液態污染源\r 的攔油繩及快速分解液態污染源的簡易濾淨系統。

回溫「鹼」值「晶」彩

本研究針對銨明礬結晶進行討論,並探究最佳的銨明礬結晶條件。先嘗試使用不同的懸吊線來吊晶種,再加入糖、鹽、酸、鹼探究銨明礬結晶品質,之後採用不同的降溫方式觀察銨明礬的結晶成效。實驗發現銨明礬水溶液加入適量的氫氧化鈉,一開始會觀察到水溶液有混濁的現象,但過了一至二天後會出現晶型完整且透度極高的優質結晶。溫度也會影響銨明礬的結晶品質,60℃飽和水溶液緩慢冷卻會得到品質良好的銨明礬結晶。同時,我們利用自製的簡易光照盒觀察結晶的品質。

HDAC抑制劑及Ribavirin誘發K562細胞分化的研究

K562細胞是一種人類慢性骨髓性白血病細胞株,普遍用於研究幹細胞分化的先驅細胞,可以藉不同誘導劑分化成紅血球或巨核細胞。此研究聚焦於兩種臨床藥物:抗病毒藥物Ribavirin和組蛋白去乙醯化抑制劑SAHA,探討其誘導K562細胞紅血球分化機制。其中針對一個在許多分化機制扮演重要角色的染色質修飾蛋白TIFβ來研究,它可以召集其他轉錄因子在基因上形成抑制複合體。我們藉由定點突變探討TIFβ上的bromo或RBCC domain的乙醯化狀態對於TIFβ與抑制複合體的轉錄因子交互作用的影響。研究結果發現乙醯化RBCC domain大幅影響了TIFβ與轉錄因子的親和力,並且降低TIFβ三聚體的形成,可能導致抑制複合體無法形成進一步開啟了分化的通道。