全國中小學科展

臺灣

探討親水性顆粒材料對仿生捕霧集水元件之效率影響及其製備參數控制

本研究仿照沐霧甲蟲的異質濕潤表面結構,將含有親、疏水顆粒(SiO2 與PTFE)的溶液塗佈於可熱縮之聚苯乙烯基材上,進行熱處理後即可獲得具捕霧集水功能之元件。接著,再改變溶液中親疏水顆粒重量比、總固含量、親水顆粒粒徑及親水性顆粒種類,試圖找出最佳的製備參數。 結果顯示,當親疏水顆粒重量比1:300、總固含量20wt%、SiO2顆粒粒徑10μm 時捕霧集水效率最佳,可達666.88mg/h‧cm²。此外,將本實驗中捕霧集水效率最佳之元件與陶瓷、高分子和金屬材料進行捕霧集水效率比較,其中本實驗設計的最佳參數捕霧集水元件有較佳的捕霧集水效果,是一種高效率、低成本的捕霧集水元件,未來希望能運用於水資源回收與再利用的設備上。

大氣常壓微電漿合成共價有機框架應用於光催化降解汙染物

本研究使用一種快速、環保的共價有機框架(COF)合成技術,並應用於水中有機污染物的光催化降解。相較於傳統高溫高壓或需有機溶劑的合成法,本研究採用大氣常壓微電漿技術,在室溫條件下、以水為溶劑,於一小時內快速合成COF,展現綠色化學優勢。合成後以XRD與FTIR確認其具結晶結構與C=N官能基,均證明反應成功。實驗結果顯示,該COF能有效降解結晶紫(CV)與亞甲基藍(MB),分別在40與20分鐘內達到56.12%與68.09%降解率,明顯優於未加COF只照光的對照組。動力學分析亦符合擬一級反應模型。SEM影像顯示其具高度有序孔洞結構,有助提升光催化效率。本研究證實大氣常壓微電漿合成COF具高效率、低能耗與環境友善等優勢,未來可望應用於廢水處理與環境淨化等領域。

「岩」下之意~古生物化石訴說的家鄉往昔

為深入了解家鄉的地質歷史與古生物遺跡,本研究聚焦於新北市外挖子山(位於安坑與南勢角交界處)之大寮層沉積岩。參考南勢角地質圖幅,確認該區屬中新世(約2,000萬年前)地層,並自露頭處收集岩石樣本進行實地觀察與手工磨製岩石薄片、自製洗選設備洗選岩石進行分析。研究結果發現包括有孔蟲與角管蟲(Ditrupa)在內的多種典型海洋實體化石及生痕化石。此一發現證實該區在地質過去為海洋環境,甚至可能為高生產力的淺海海域。透過化石組成與分佈之觀察,可進一步探討該地層之年代特徵與沉積環境,對了解本地區的古環境變遷具有重要參考價值。

彗星彗尾實際值與理論值的對比

本研究旨在探討彗星塵埃尾與離子尾之方向與長度的形成機制,並建立數學模型與Python模擬系統,以模擬彗尾在不同時間與位置下的形態變化。我們選取哈雷彗星、海爾-波普彗星與C/2020 F3 (NEOWISE) 為樣本,蒐集歷史觀測影像並進行模擬對比。研究結果顯示:模擬所得的彗尾角度大致與實際觀測相符,且太陽輻射壓比例因子β與彗尾軌跡偏移程度高度相關。本研究所建立的模擬系統與公式可作為未來觀測與預測彗星彗尾形態之基礎。

磁來運轉~磁性齒輪轉動圈數比因素探討

本研究主要是以磁力特性與齒輪傳動原理為基礎,再透過資料蒐集、影片觀察與3D建模分析,並設計及製作零件可拆式之 磁性齒輪,可隨著各種圓心角的變化放置磁鐵和鐵質層進行實驗,依照各種放置物的分布不同,而呈現特定的旋轉比例關係。研究包括同軸性磁性齒輪、徑向式磁性齒輪,又可分為平面式與立體式,同時也研究磁性齒輪應用於生活中的可行性,例如:利薩如曲線等。 設計分析上我們採用3D建模分析法,以及實際測量磁場來修正建模理論,加上實作上的考慮,而設計出轉動圈數比較穩定的磁性齒輪。 在實驗上,我們利用強力磁鐵,配合適當的鐵質層,以及找出磁性齒輪的對稱性組合,設計出穩定圈數比的磁性齒輪對於產品的性質及應用表現非常滿意。

果凍視界:看不見的頻率,看得見的「聲影」

探討果凍效應與捲簾快門間的關係及其應用,動機源自雨刷在錄影時產生變形,研究目的包括:(一)「測量LED燈閃爍頻率」,作為計算感光元件掃描速度的依據。(二)「測量不同攝影設備的掃描速度」作為後續測量的依據。(三)「探討如何運用捲簾快門測量快速變化的物體」(明暗變化、轉動、振動)(四)嘗試以捲簾快門記錄聲音振動,呈現可視化聲波形狀。研究發現不同設備的掃描速度不同,也影響變形程度,選擇合適的設備可減少影像扭曲或更適合測量不同變化速度的物體,證明捲簾快門可作為測量光源閃爍頻率、亮度變化、風扇轉速、弦樂器頻率的有效工具,也能捕捉聲音的「形狀」,拓展其於科學測量與攝影領域的應用價值。

「環」環相扣:環氧樹脂剪切強度探討

本研究旨在研究環氧樹脂AB膠熱固化反應後形成的網狀交聯結構,結合其黏著用途,探討不同A膠與B膠的配比與不同固化環境是否會影響剪切強度。更結合不同儀器測量膠水性質,希望達到佐證的效果。在80°C時增加固化時間,各比例皆無明顯變化,而在改變溫度到100°C及以上,3:1的配比因環氧樹脂過多產生自聚反應使機械咬合更佳。後續的實驗得知膠水對不同材質的剪切強度與其表面能有關,且在膠水中加入橡膠微粒後,能提高分子可承受的最大拉力。

AI無人機檢測系統在建築磁磚剝落風險評估中的應用

本研究開發了一套結合無人機、紅外線熱顯像技術與YOLO模型的建築物外牆磁磚剝落檢測系統。該系統利用無人機搭載樹莓派與紅外線雙光雲台相機,對建築外牆進行檢測,以精確辨識空鼓與水泥裸露區域。我們透過紅外線熱顯像技術識別牆面溫度異常區域,並運用YOLO模型標示裸露水泥區域,最終將標示後的圖像進行分析與疊合比較,以評估磁磚剝落風險,並生成評估報告。 此外,本系統整合了3D建模技術,以重建大樓外觀,並結合風險評估報告,直觀標記出具有磁磚剝落風險的區域,提升使用者對建築維護的理解與掌握。該系統 除了 能提高檢測的準確性與效率,還有效降低時間與人力成本,為建築維護提供可靠的數據支持。

探討海漂種實結構與傳播機制之關係-以銀葉樹為例

海漂種實是一群能靠海流傳播後代的植物繁殖體,追蹤其跨洋散播途徑與族群分佈狀況常可反應生態問題。本研究便想以銀葉樹為例,釐清海漂體結構如何適應遠距傳播。結果發現,銀葉樹能以果實作為海漂體的關鍵有: :(1)整體密度小於海水; ;(2)中果皮有許多儲氣空隙可維持浮力; ;(3)種子座落位置與中果皮纖維局部吸水性則有利於穩定浮 心,使果實於海流中多能以正向姿態漂浮並快速前行; ;(4)果實從外到內有多層疏水性構造,有利於長期海漂期間抵抗海水滲入以維持種子活性。相較短期海漂後就腐爛失活的大葉山欖種實而言,銀葉樹果實對海水具抗性又能善用海流動力確實更適應跨洋性遠距傳播,值得作為輔助評估氣候變遷對於海漂植物影響與保育的指標物種。

探討瓶內氣壓、溫度對光穿透模擬雲照度變化之影響-以金星與地球大氣為例

本研究分為兩階段實驗,實驗一欲探討改變氣壓與溫度對瓶中模擬造雲的影響。利用鹵素燈控制環境溫度、以打氣機改變瓶內氣壓,以光感應器測量光線穿過模擬雲氣的照度變化,探討模擬造雲的光學厚度變化。研究結果發現,氣壓較大和溫度較高時,產出模擬雲氣較多。以實驗數據提出經驗式,其中以改變氣壓對光照度下降之經驗式有最佳擬合結果。本研究提出之模型經驗證,最佳可得6.91%之誤差。 實驗二則在瓶中模擬金星大氣,改變氣壓和溫度,觀察模擬雲氣的變化。研究結果發現模擬金星大氣產生之雲氣較地球大氣多,且氣壓越高、模擬雲氣較多,在剔除極端值後,經驗公式之R2值可達0.99;而氣溫越高、模擬雲氣較少。實驗二之模型驗證結果佳,誤差為0.46至22.34%。