全國中小學科展

依國際科展年度查詢

2018年

新式TDESs之研發並應用於貴重金屬回收

本研究以氯化膽鹼 (choline chloride,ChCl)加上兩種氫鍵予體 (hydrogen-bond donor,HBD)共熔成之新式三混深共熔溶劑 (ternary deep eutectic solvents,TDESs)作為基礎,以循環伏安法 (cyclic voltammetry,CV)及奧士瓦黏度計 (ostwald viscometer)測量其電位窗及黏度後,進一步應用於電化學,將鋰離子電池中的鋰鈷氧化物 (LiCoO2)以及導電玻璃上的薄膜氧化銦錫 (ITO)等金屬鹽類溶於TDES中,再以電沉積方式將金屬回收,並以掃描式電子顯微鏡 (SEM)及能量分散光譜儀 (EDS)分析鍍層表面的形貌及成分。 實驗後得知以甘油及乳酸作為HBDs所製備出的TDES能將LiCoO2溶解,且在368.15 K的溫度下電沉積後得到100 %的純鈷金屬。 另外,將ITO玻璃放入上述之TDES中,在368.15 K的溫度下,約50秒即可溶解,且後可得到100 %的純銦金屬。

Novel holdfast marking behavior found in Seahorse

棘海馬 (Hippocampus spinosissimus) 經飼養觀察首次發現排放標示物行為。標示物標記偏好的棲枝,為海洋珊瑚礁魚類中類似的標示的新發現行為。觀察棘海馬會由泄殖腔孔排放一種白色的標示物,其成分鏡檢證明與棘海馬的排遺無關,且其更容易在水中漂流並黏附在棲枝上。棘海馬利用嗅覺幫助尋找含標示物的棲枝 (卡方值 : 24.183, P<0.001)。棘海馬不會傾向攀附有其他海馬標示物的棲枝,無論相同性別間或異性間,均未達顯著水準。標示物中有效成分為水溶性物質,其效能在室溫下可維持約7天,且冷藏可延長其標示效能。經由解剖觀察,證實標示物的分泌器官為泄殖腔中的生殖腺,但生殖腺切片中證明標示物分泌與棘海馬繁殖無關。

使用深度學習構建足球競賽預測模型之研究

大數據時代促成運動賽事分析更加蓬勃發展,一般來說數據分析需要三個要素:資料、分析演算法和應用領域知識;隨著開放資料分享的普遍化,人們可以更輕易的取得資料並運用各式分析演算方法來針對有興趣的應用問題做出更精準的預測。 本研究以kaggle平台上所提供之歐洲職業足球比賽之公開資料集為基礎,使用目前最具分析潛力的深度學習技術─結合卷積神經網路(CNN)和全連接型神經網路的設計出一個五層的學習架構,建置出足球比賽結果的預測模型。此模型可直接預測主隊勝、負以及平手等三種結果,實驗結果亦展示出本研究所建置的SoccerNet預測模型優於過往的研究,有著更佳的預測能力;同時也驗證了使用公開資料集與CNN技術在球賽分析的可能性。而本研究所提的SoccerNet模型不僅可以運用於賽前的結果預測,亦可運用於球隊經營管理等決策,頗具有商業價值。

圓形皂膜駐波與厚度變化

本實驗藉觀察圓皂膜的共振駐波,探討皂膜厚度對共振模態之影響。發現在條件相同下,因駐波共振頻率與表面張力、厚度及體密度間的複雜關係,使皂膜厚度有時會影響振動模態。 實驗中以同心圓駐波加上轉動,分析皂膜在駐波共振下的厚度分布及隨時變化。駐波加轉動下皂膜之厚度有三種分布情形:厚度相等、厚度沿徑向突增及沿徑向漸增再漸減;隨時間演進,皂膜上同心干涉環會於駐波節線產生暗紋,此暗紋再往兩側拓寬。 當轉動皂膜產生黑膜後,將轉動停止再施以同心圓駐波,可於貝索函數J0之腹線附近出現較厚之干涉亮紋。圓黑皂膜共振之亮點分布與圓板共振動克拉里尼圖案類似,只是皂膜上的亮點往腹線堆積,而圓板上的顆粒則往節線聚集。

Social child labor?-Preliminary study of non-cocooning silk from larvae of Gray-Black Spiny ant, Polyrhachis dives(Hymenoptera Formicidae)

大部分會吐絲的昆蟲都是幼蟲時期為了結繭化蛹而從絲腺分泌絲,僅少數昆蟲利用幼蟲吐絲作為巢材,例如織工蟻。並非所有的螞蟻幼蟲都會吐絲,而像黑棘蟻工蟻調控幼蟲吐絲形成巢室內壁則非常罕見。本研究即探討黑棘蟻工蟻對非結繭蟻絲之行為調控,並分析蟻絲成份,比較蟻絲與其他有絲昆蟲的異同。結果顯示,無論從物理、化學或生理學的證據來說,黑棘蟻非結繭蟻絲都呈現特殊的適合性,用以維護蟻巢內環境的穩定。本研究為首次發表黑棘蟻幼蟲非結繭蟻絲的游離胺基酸之報告,富含丙胺酸和甘胺酸的蟻絲蛋白,是否繼蠶蜂之後可為人類所用,則有待更進一步的研究。

道同互相為「蒙」—蒙日定理共點共線共圓的問題探討與推廣

本研究以蒙日定理「平面上三圓彼此外公切線交點共線,以及彼此內公切線交點與另一圓的圓心的連線共點」出發,在數量、形狀及維度上進行一系列問題的推廣。正如本研究作品名稱「道同」互相為「蒙」,發現對於任意N維空間中的n個圖形,只要圖形互相「位似」,均有蒙日點、蒙日圓或蒙日形等蒙日定理性質。同時,透過蒙日點與各圖形位置及大小的關係,可發現更多共點共線及共圓的有趣性質,其中最令人驚豔的是「分堆的(廣義)蒙日點共線」性質:「k圓蒙日點、n-k圓蒙日點及n圓蒙日點共線」。此外,本研究提出的工具方法及觀點,可應用至許多方面,如「蒙日圓」與Desargues、Pascal和Brianchon等定理的關聯,亦可解釋光學中的薄透鏡成像公式,更將蒙日定理連結Menelaus、Ceva定理,進而能重新詮釋共點共線的幾何定理。

雙眼牆颱風侵臺路徑北偏現象之探討

本研究由近年來部分在登陸前產生雙眼牆(CE)結構的西行侵臺颱風發生實際路徑較預報路徑偏北的現象為發想。利用中央氣象局颱風資料庫,統計出發生北偏之西行颱風及其北偏幅度,並找出各種會影響颱風路徑的因素,將其一一量化後進行分析。 我們發現颱風之暴風圈半徑以及其是否有雙眼牆對颱風的北偏效應有顯著的影響,至於夫如數、背風渦旋強度等則有較小的影響力。 我們根據北偏效應,認為造成第四類路徑中產生雙眼牆結構者特別少的緣故,是因為許多原先為四類路徑的颱風因北偏轉至三類;我們也意外發現八、九類颱風完全沒有雙眼牆颱風,推測是南海空間及熱量問題。 我們也發現具有雙眼牆結構之颱風在登陸時,測站會測到兩個氣壓谷值,因此發現雙眼牆結構颱風在登陸時結構的不對稱性,未來可以此為依據量化雙眼牆結構。

永恆的旋轉木馬

本研究作品主要在探討「平面上各種曲線內關於相鄰等角割線段的新的不變量」與「空間中特殊圓錐曲面的特殊等角割線段的新的不變量」。 若圓錐曲線、蚶線等曲線中有相鄰等角的 條割線段,則這n條割線段之m次方和為定值。在圓錐曲線中這些割線段的交點可以是焦點、曲線內任意點,在蚶線中則為基點。甚至經由反演,還能將此性質推廣至直線上。 研究最後擴及至空間,先考慮特殊橢圓、拋物、雙曲球面,其一焦點為F,將正N面體VN之重心G與F重合,使得VN以F為旋轉中心任意旋轉,此時由F對VN之各頂點做射線交圓錐曲面於 PN,則FPN之倒數m次方和為定值,其中u=1,...,n,N=4, 6, 8, 12, 20 。

斷尾球「生」~探討羽球羽毛對飛行的影響

我們製作獨特的垂直風洞,透過牙條及滾珠軸承使羽球能在其中自由轉動以利同步取得運動時的阻力、轉速及側向力,並透過空氣壓縮噴射方式探討軌跡差異。實驗數據顯示,羽毛只要經過修剪,阻力多會下降,雖然能飛的更高遠,但也降低了羽球獨有的飛行特性。若修剪外側羽毛,可大幅提升高速下的轉速,但低速時則因受力面積減少導致轉速下降且發現透過側羽的小修剪可同時提升飛行能力以及飛行特性,提升練習級羽球的價值;但羽尾若破壞程度太大,如:剪成平頭狀,飛行距離雖明顯提升,但轉動能力下降,甚至低速時無法轉動。最後,斷翅的實驗出現了一個有趣的結果:透過斷去第二根羽毛達到對稱的缺口,可挽救失控的側向力,提升破損羽球的練習價值。

新激發複合體的設計與應用

激發複合體 (Exciplex) 是由電子予體 (Donor)和電子受體 (Acceptor)在激發態時所生成具TADF 特性的過渡狀態物質,可用於製備高效能的第三代OLEDs。本研究以PVK 和自合 聚合物4 作為Donor,以3 種T2T 分子作為Acceptor,進行物理性混合後,挑出生成之exciplex的放光波長可與C545T 吸光波長搭配的組合,進行相關特性的鑑定分析與探討,以找出最佳exciplex 組合。接者,再以自行製備之exciplex 作為主體,加入C545T 作為發光體,評估兩者間的FRET 行為。目前已找出最佳的exciplex 組合與Donor 和Acceptor 的最佳混合比例且觀察到exciplex 和C545T 之間有FRET 行為,並已將exciplex 進一步製成元件,發現的確有發光的現象。雖然效率不高,但是會進一步去優化製程條件。期望研究成果將來能應用在第三代OLED 的改良,提供更多實際層面的運用。