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2022年

黏滯流體與固態粒子對馬克士威爾滾輪的物理影響及探討

將黏滯流體放入空心帶軸圓盤中(稱作黏流滾擺),以繩繞軸芯捲至25.17 cm高度落下,實驗發現填充量為22.500 %~87.500 %時,相對其他填充量以非常緩慢的速度落下且不會彈跳,而圓盤角速度具有週期性,並整合參考文獻理論公式分析邊界層對圓盤運動的趨勢,發現若邊界層變薄則讓液體質心處於α>0,滾擺加速滾動,若變厚,則反之。當釋放高度大於8.55cm無彈跳填充範圍將維持在22.500 %~87.500 %,不受高度影響。而黏流滾擺落下的時間約為空圓盤的122倍。改以黏滯性較小的水作為填充液體則不存在無彈跳填充區域。若改以填充混和質量濃度比例100:6及100:20的黏滯流體與水,則可發現臨界線向左偏移。若填充液體改為固態粒子(細沙),實驗發現填充比例為4.242 %~93.196 %時,細沙滾擺會固定於高空中而不落下。比較黏滯流體、水、細沙三種填充物質,黏滯流體緩衝效果與穩定性最佳。

透過相轉移催化劑合成Chromeno[4,3-b]pyrrolidine之衍生物

本研究之反應產物Chromeno[4,3-b]pyrrolidine之衍生物含有吡咯烷及二氫苯并哌喃的骨架,而此二者存在於許多藥物及天然物中,例如:尼古丁及蛋白質中的脯胺酸皆為吡咯烷的衍生物,含有二氫苯并哌喃骨架的藥物則通常被應用於消炎藥物中。本研究主要反應是以對甲基苯醌衍生物與亞胺葉立德前驅物在相轉移催化劑及無機鹼的催化下進行(3+2)環加成反應與oxa-1,6-加成反應,合成出Chromeno[4,3-b]pyrrolidine之衍生物。利用改變不同的相轉移催化劑、溶劑和無機鹼的種類及各反應物的當量數,篩選出進行本反應的最佳反應條件。在此優化條件下,進一步使用不同的掌性相轉移催化劑,以探討本反應之光學活性。並利用無機鹼的篩選,以排除背景反應發生的可能性。希望最後能於起始物上替換不同種類的取代基,以探討本反應之反應活性,並增加其未來應用的多樣性。

製備自組裝單分子層修飾電極檢測水中銅離子之研究

本研究開發一種檢測水質之創新技術,利用電化學阻抗分析法檢測水樣中微量的銅離子。本實驗研究確知:當溫度越高,溶液的電阻值越小;離子濃度愈低,測得的溶液電阻值越大,且皆具有檢量關係,濃度量測極限可至10-6 M。此外,以鏈狀硫醇連結組胺酸之改質電極對銅離子皆相對具較佳辨識能力,又以 11-MUA改質電極靈敏度與量測極限皆最佳,最低濃度可量測至數量級10-8 M (約0.0019 ppm),遠低於現行銅離子流放標準。以效能最佳之11-MUA改質電極以環境水樣外加法量測不同銅離子濃度下之Rct值,發現兩者亦具有線性檢量關係,因此此檢測模組適用於環境水樣之檢測。 目前已確認此檢測模組適用於環境水樣中銅離子濃度之定量,未來期望拓展此檢測法於不同重金屬離子,以對不同離子具選擇性之單分子層材料修飾於電極表面,使此檢測模組能廣泛應用於水樣中常見重金屬離子之濃度檢測。

外加電場下環形泡膜形變控制之研究

本研究利用平行電板建立電場,觀察在外加電場下環形泡膜的各種形變運動。電場越大時,形變越大;分別使用不同大小的環形框架觀察,發現形變量與框架半徑的比值會隨著框架半徑增加而減小,推論與表面電荷密度的分布變化有關連。將泡膜從薄到厚分成五個區域,針對不同厚度的泡膜與運動型態做分析,發現運動狀態可以大致分成,穩定震動、提升點,以及急遽增加後碰到電板破裂三個階段。針對電場26,666 V/m-33,333 V/m時的震動現象做深入分析,利用簡諧運動的模型來詮釋泡膜運動,藉以預測不同表面張力液體對應的彈性係數。未來期望利用不同電解質去改變泡膜組成,探討不同電解質在電場下的運動行為。

真空磁浮飛輪儲能裝置

本研究實現一個真空中操作的小型磁浮軸承飛輪儲能系統,並探討其特性。為了延長能量保持時間、提高效率,我們分析了導致旋轉動能損失的因素。在自然減速測試中,於大氣環境操作的飛輪其阻力力矩隨轉速呈二次方增加;在真空環境中,阻力力矩隨著轉速的增加緩慢,約為線性關係。我們並發現馬達與發電機組導線中的渦電流損耗是真空中飛輪減速的主要因素。以多芯線圈取代單芯線圈後,待機時間延長為3 倍,自然減速至停止的時間在 8 小時以上,可以持續20分鐘供電1.3瓦。這項研究的結果可應用在電網中儲存能量的全尺寸飛輪。

等差指標的探討

在國中及高一的數學課程當中,我們都學過「等差數列」這個單元,而本文的研究著重於在某些限制條件下等差數列的產生時機。在本篇報告中,我們從給定整數範圍(如:從0到n)的條件下出發,去探索在給定的範圍當中至少要加進去多少正整數才能確保其中存在三個數字成等差,進而定義等差指標等概念。我們研究了各個數字n的等差指標,並找出其關係,進而延伸出相關的不等式,然後進行推論。最後,我們藉由發現了一些規律得到了一些可增進最小等差指標的估計,我們大略估計了其上下界,並嘗試往探討不存在三正整數成等差數列的自然數集合密度去做發展,用集合密度的角度去切入討論,以幫助我們的估計和定理推導。

風場下圓柱氣孔導管抽吸對風阻係數影響

本研究藉由孔洞抽氣控制氣流邊界層,影響尾部渦流以達到減阻效果。研究主要探討的變因有:孔洞大小、抽氣速率,進而發想抽吸設計是否可運用在旋轉圓柱上。實驗與之前不同的是為抽氣孔洞加裝導管,以及創新的實驗旋轉裝置。實驗結果顯示,透過延緩邊界層分離可以有效控制阻力,在雷諾數15000時,可減阻。抽氣速率達22m/s,減阻最大值達23%。此實驗想法可有效達到減阻效果,並且可以使旋轉葉片減少旋轉阻力,在電壓6V時,轉速提升11%。未來期望能應用在風力發電機葉片上,減少旋轉風阻,提升發電效率。

旋葉構型對泵浦抽水優化之探討

旋葉之細部結構跟泵浦效率有密切的關連[1,2],本研究專注探討不同幾何形狀旋葉構型之效應,我們先利用3D列印快速成形之技術優勢,做出50種不同的旋葉,分別有圓弧形、橢圓弧形及直立形進行實驗測試,並計算其總效率找出最高值的旋葉,編碼為A2-ea281-ia279-8。 將最高值旋葉,套入田口法進行優化,目標是望大。經過信噪比及均值分析後,發現影響總效率之最大參數是旋葉數,其次是出口角,最後是入口角,田口法中得出,重新設計的更細部參數的最佳旋葉是A2-ea28-ia23-8,同時利用機器學習建立迴歸函數模型,透過訓練的模型,預測出效率值,最後經過COMSOL Multiphysics軟體模擬檢測出A2-ea28-ia23-8依然保持最佳的內部流場狀況,並運用自行設計之簡易透明泵浦,進行測試與印證。

利用鐵鉑奈米粒子做為新穎藥物來治療對於標靶藥物產生抗藥性之肺癌細胞及其死亡機制

癌症已嚴然成為全球人類最難克服的一種疾病,而其中治療後對於藥物產生抗藥性的難題,依然是一個很難突破的瓶頸。因此於本研究中,我們將利用鐵鉑 (FePt)奈米粒子來當成一新穎的治療方式,並觀察在具有對標靶藥物Geftinib(GEF)產生抗藥性的肺癌細胞中,是否可以產生毒殺的效果。我們從感應耦合電漿光學發射光譜儀(ICP-OES)的結果中發現,具有標靶抗藥性的肺癌細胞GR+對比不具抗性的HCC827細胞,會有著較高的奈米粒子吞噬量,並從細胞群落形成試驗(Colony formation assay)中觀察到,GR+細胞在接受奈米粒子後開始走向死亡,並伴隨活性氧化物質的產生。進而從西方墨點法的實驗結果中發現,GR+細胞的死亡機制為鐵凋亡(Ferroptosis),綜觀以上結果,我們發現鐵鉑奈米粒子確實具有成為克服標靶藥物抗性藥物的潛力

探討青少女睡眠型態、鼻結膜炎與壓力對黑眼圈之相關性

青少女的身體意象是自我概念發展的重要指標,而黑眼圈是青少女常見的身體意象困擾之一。為了探討相關因素對黑眼圈大小的影響,本研究收集69位青少女的臉部資料,透過影像分析,測量黑眼圈的大小,並利用問卷記錄受試者拍攝期間之匹茲堡睡眠品質質量表、青少年鼻結膜炎問卷、壓力知覺量表以及睡眠日記等。研究結果顯示週末與週間睡眠型態、鼻結膜炎及壓力三項變因與黑眼圈嚴重度之關聯性達統計上的顯著意義。