全國中小學科展

依國際科展年度查詢

2021年

尋找z>7的超大質量黑洞

尋找高紅移的超大質量黑洞,有助於天文學界了解宇宙再電離時期。雖然黑洞的數量稀少,但相較於星系,超大質量黑洞較亮,且在高紅移時,存在時間比伽瑪射線爆久。因此,它們的光譜可以協助天文學家最有效率地探索再電離時期星系間物質的特性。本報告交叉比對Subaru 超廣角相機策略觀測計畫 (Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program, HSC SSP) 和廣域紅外線巡天探測衛星 (Wide-field Infrared Survey Explorer, WISE) 的觀測數據,尋找可能的高紅移超大質量黑洞。本研究根據光度測定 (photometric observation) 和宇宙紅移 (cosmological redshift) 的原理,從雙色圖中較紅的區域挑選了46個候選星體,並逐一透過天文望遠鏡照攝的影像確認是否有可能是超大質量黑洞。最後,選出三個可能的高紅移超大質量黑洞,可用於向大型天文望遠鏡 (如昴星團望遠鏡 (Subaru Telescope) ) 申請光譜分析。

新式綠色溶劑運用於鋰離子電池回收

本研究以回收目前於電動汽機車及儲能設備中使用量最大的 Panasonic 18650 三元鋰離子電池為主軸,開發以三混深共熔溶劑(TDESs)將電池中的鈷、鎳回收之方法。 TDESs的合成,四級銨鹽選擇文獻中常用的氯化膽鹼,配對各種氫鍵予體(HBD)後,使 用針對鋰鎳鈷鋁氧化物(LiNi 0.8Co0.15Al 0.05 O2 ,LNCA)溶解度最高的 TDESs 組成作為探討主軸。 接著以循環伏安法(CV)分別量測 TDESs與LNCA及電池電解質溶於TDESs之電位窗及還原峰電位。並採用二極式電鍍還原鈷、鎳後,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。最後以無電電鍍法還原出貴金屬。 結果顯示,溶入電池電解質之 TDESs溶液,在溫度373.15K,外加電壓4V、5V、6V的 條件下可單獨還原出鈷金屬,且在無電電鍍的實驗中觀察到,在室溫下靜置 2 小時後,可將 鈷、鎳還原。

香豆素(Coumarin)及其衍生物對人類胰島類澱粉蛋白(IAPP)聚集之影響

目前已有研究指出:胰島類澱粉蛋白(islet amyloid polypeptide;簡稱IAPP)的不正常堆疊與聚集,與罹患第二型糖尿病有很大的關聯。本研究使用一系列有機物香豆素(coumarin)分子,觀測其對胰島類澱粉蛋白聚集之影響;我們成功地自行合成出高純度的IAPP分子,將其與經光學性質篩選過的香豆素有機物,進行硫磺素-T動力學試驗,並輔以電子顯微鏡、圓偏光二色光譜進一步瞭解有機小分子對於IAPP結構之影響。實驗結果得知:具較高極性基團或取代基之香豆素系列分子,可抑制IAPP聚集成纖維;且具特定官能基結構者可有效改變IAPP之纖維型態。期待透過本研究探討有機分子與蛋白質作用之機制,進一步為糖尿病病症提供治療方法與途徑。

高壓氧對動物的傷口癒合

本研究探討高壓氧治療對動物傷口的進程時間與皮膚創口的癒合品質。使用自行開發之動物高壓氧艙(1.4~3ATA),幫助流浪動物結紮傷口快速癒合,並救助傷口嚴重潰爛,瀕死的流浪動物。本研究選30隻體態相近之流浪貓,進行節育手術後隨機抽取15隻貓作為試驗組,其餘15隻貓作為對照組。試驗組在常規治療的基礎上,每天再採用1個小時的高壓氧治療,對照組僅採用常規治療,持續觀察兩組試驗動物的傷口癒合進程,其結果顯示試驗組無論是傷口癒合速度或瘢痕組織的平整度皆優於對照組,瀕死動物救治實驗,成功救活無法手術的流浪動物。

建立線蚓 (Enchytraeus sp.) RNAi實驗模式並探究Hedgehog基因對其生長與再生之功能

線蚓(Enchytraeus sp.)與蚯蚓同屬於環節動物門,具有很強的再生能力。Hedgehog(Hh)基因在兩側對稱動物中對體節發育有重要的調控作用,而先前研究中已發現線蚓體內的Hh基因序列,所以本研究希望利用調控線蚓體內Hh基因的表現,探討Hh基因在環節動物生長與再生中的功能。 本實驗首次嘗試將RNAi技術應用在線蚓上。將線蚓浸泡在含有Enc-Hh的dsRNA溶液中以操作RNAi。利用免疫螢光染色法發現Hh基因受到抑制後,線蚓新生體節神經的連接不完整,顯示Hh基因與神經發育有相關性。由於線蚓快速的再生速度、飼養容易、構造簡單及身體透明且方便染色觀察,透過線蚓RNAi技術的建立,除了能進一步探討Hh基因功能外,也希望提供再生研究時的另一種選擇方式。

合成二維錫鈣鈦礦晶體用於提升太陽能電池效率

鈣鈦礦太陽能電池有易製造、質量輕且可撓曲等優點,是極具發展潛力之光電材料。本計畫以優化鈣鈦礦太陽能電池之吸光層為研究主軸,使用錫元素汰換電池中有毒的鉛元素,並以DMF/DMSO=4/1、轉速3000 rpm進行旋轉塗佈以製成晶體薄膜。為了改善晶體能隙,我們使用間隔物改變晶體排列方式,並摻雜銫離子改善材料之吸光性質。本研究發現當間隔物的比例越多,晶體較傾向水平排列且穩定性會提高,且以苯乙銨離子為佳;在間隔物為丁胺離子,若摻雜銫離子則可降低晶體之吸光能隙。目前我們已成功採用60%丁胺離子(間隔物),並添加20%銫離子合成出錫鈣鈦礦晶體,組裝成電池之光電轉換效率約為8.8×10-3 %,後續將持續改變晶體組成,以提升錫鈣鈦礦太陽能電池之光電轉換效率。

尿液中不同物質對磷酸鈣、草酸鈣與尿酸結晶速率的影響

本研究主要研究人類尿液中,腎結石中的奈米細菌(nanobacteria)是礦物結晶或細菌成長作用,使用自製分光光度計,以OD值的差異劃分,結果顯示奈米細菌呈現礦物結晶特徵,成分分析亦證為磷酸鈣。之後研發腎結石抑制劑時,使用自製人工尿液,以磷酸鈣Ca3(PO4)2、草酸鈣CaC₂O₄和尿酸(C5H4N4O3)為主體,分別測試維他命C、(•OH)、模擬管壁發炎、模擬尿液pH值變化,並觀察其結晶型態變化,結果發現模擬管壁發炎OD值最高1.4,尿液pH值5時OD值 1.3次之。推斷腎結石主因與管壁發炎最密切,其次是pH值變化,偏酸與過鹼皆易產生結晶。最後以自製的結石抑制劑比較傳統C6H5K3O7(檸檬酸鉀) 抑制劑,本研究抑制劑OD值呈現較佳抑制效果。

路燈不要變壓器好不好

路燈若變壓器損壞,會連同高效率LED晶片被丟棄,就像勞斯萊斯的引擎壞了就整台廢棄。本作品思考如何回收LED良品,改造成「不需要」變壓器也能發揮高功率路燈LED的強光照明並長時間使用。 用a-IGZO取代電阻器,從已發表的論文知a-IGZO經紫外線或藍光激活後,有超過一天以上的持久性光電流,可讓LED有更好的發光效率,路燈LED發藍光,且適合放在玄關入口照得到紫外光激活可持續到晚上。LED需要直流偏壓3.7V下工作,用110V交流電除了電壓相差太大,也有閃爍問題。我們巧妙利用路燈LED是集成晶片,經設計可在交流電變換極性時都有LED亮著,再用擴散片(從液晶螢幕拆下)將光弄勻,讓燈看起來是恆亮,材料成本僅需一元(電阻器)。回收再製後,可用在大門入口或走廊下長時間照明,環保愛地球省電省錢。利用Arduino設計監測模組並用wifi傳回數據,可長時間觀測,證明可行。

好酵—探討毛氈苔黏液的抑制能力與啟動腺毛彎曲的誘發物質

從試驗中得知毛氈苔可以消化分解酵母菌,同時發現不同品種的毛氈苔會有不同的捕食行為:圓葉毛氈苔的外腺毛彎曲將酵母菌移入葉片中心並進行消化;寬葉毛氈苔在彎曲過程中會做一次折返。毛氈苔的黏液皆可抑制酵母菌的發酵,並使用3D列印自製與改良儀器,來量化其抑制酵母菌發酵能力的差異。此抑制能力來自黏液裡的消化酶,發現外腺毛黏液的抑制效果優於內腺毛。利用酵母菌被消化後所釋出成分的模型,將實驗數據逐一歸納出誘發腺毛彎曲的物質是磷酸根、鈉離子、銨根與幾丁質,且以磷酸根為主要物質並會產生彎曲訊息傳遞現象。最後解釋為何寬葉毛氈苔的外腺毛在彎曲過程中會一次折返:不同品種的毛氈苔誘發其腺毛彎曲的物質與所需濃度是有差異的。

網路時代的訊息傳播結構研究

本研究的目的在於探討在社群網路發達時代中,資訊的傳播範圍之可能性。我們將的智慧上網裝置視為節點,以圖論方式分析節點到另一個節點的訊息傳遞模式。我們研究在傳遞訊息對象人數不同時,及在不同共同朋友數量的網路圖中找出其傳播範圍的關係式。最後我們找到不同結點數與傳遞次數、發源點之關係式,並進行一般化論證。並提出定理以供探討不同節點訊息傳遞時,其網路傳播範圍之關係,應用於社群網路分析參考。