全國中小學科展

2024年

On the Application of Inequalities Containing Sums of Minimum/Maximum of Numbers

Retail inventory management is a crucial part of many businesses due to the high profit associated with it as well as the uncertainty around it, especially for industries with short production cycles and a complex supply chain.Proper management ofretail inventories can lead to decreased inventory costs, prevent spoilage and obsoles- cence, and improve customer satisfaction, all of which lead to increased profits for the company.Inthispaper,wefirstproposeextendingawell-knowninequalityandtry to generalize it to other conditions and similar inequalities.The inequality involves multiple variables and how the maximum/minimum values of a subset of the numbers compare to the maximum/minimum values of the whole set of numbers.Our main contribution is applying such inequality in inventory management to help estimate the total cost of inventory management, which would allow us to determine the shutdown pointforaspecificcompanyusingthegeneralizationsoftheinequality.Lastly,weshow thatourestimatesarereasonableandproposesomefutureareaswheremoreworkcan be done.

藍已去除–探討二氧化鈦奈米線在不同製程下對亞甲藍的降解效果

本研究是探討將 P25 二氧化鈦改質二氧化鈦奈米線,其製程在可見光照射下對亞甲藍的光降解效果(10mg 奈米線降解 20ppm、15mL 之亞甲藍溶液)。首先我們在五種不同水熱溫度中找出最佳的製程溫度,接著以不同的水熱時間找出最佳製程時間,最後我們發現以TiO2/180℃/18hr 為最佳二氧化鈦奈米線製程條件,在可見光照射下降解率達 41.7%。接著以此二氧化鈦奈米線作為載體,添加 1.0%的銅、銀、鐵,發現添加銀可有效提高其降解率達60.4%。最後以銀作為固定添加金屬,改變濃度製作觸媒,發現以 1.0%的銀為最佳製程條件,降解率為 60.4%。另外我們對觸媒進行 XRD、SEM、PL、氫氧自由基檢測、BET、DRS 分析、觸媒回收率、二次降解及日光降解之效果。我們發現觸媒回收率可達 94.2%,二次降解效率可達 99.0%與 94.0%。

利用碳化含鐵金屬有機架構物進行廢水中金之選擇性回收

本研究旨在利用碳化含鐵金屬有機架構物回收廢棄印刷電路板廢水中的液相金,使用含鐵金屬有機架構物做為吸附劑基材,以不同溫度碳化提升材料對金回收性及金吸附選擇性, 並針對吸附劑材料進行物化特性分析。首先,利用六水合氯化鐵 (FeCl3‧6H2O) 與 2-氨基對苯二甲酸 (2-Aminoterephthalic Acid) 合成 NH2-MIL101(Fe), 並將其碳化後得到 C-NH2- MIL101(Fe) 材料。於金吸附測試中發現 C800-NH2-MIL101(Fe) 對液相金吸附效果優於NH2-MIL101(Fe) 與其他溫度之 C-NH2-MIL101(Fe)。此外, C800-NH2-MIL101(Fe) 在同時具有其他液相金屬的溶液中選擇性吸附能力明顯高於 NH2-MIL101(Fe)。材料之物化特性方面, 於 BET 分析發現 C800-NH2-MIL101(Fe) 的比表面積可達 180.9 (m²/g),說明碳化後可保留原材料特性;由 XPS 分析證實 C800-NH2-MIL101(Fe) 部分鍵結型態改變使其還原能力增強, 證實 C800-NH2-MIL101(Fe) 是具有實際應用潛力的良好吸附劑,可以進一步增量、優化製成並評估商業應用經濟效益。

以甲醇與甲酸為營養源評估甲醇利用菌的碳利用效能

全球暖化造成氣候危機,對人類生存的威脅愈來愈大,達成巴黎協定的淨零碳排刻不容緩。本研究擬以甲醇利用菌(Methylorubrum populi )做為碳捕集封存與再利用(Carbon Capture Utilisation and Storage/CCUS)的生物工廠,將甲醇(CH3OH)及甲酸(HCOOH)等單碳化合物合成生物質。經全基因定序及序列分析得知,M. populi 具有可以利用甲醇、甲酸進行生合成的多條路徑。同時將菌液以不同比例的甲醇與甲酸為碳源,在不同酸鹼值中培養,測量其生長曲線,由此推得倍增時間等各項參數,並分析乾燥後的菌體各元素佔比。分析結果顯⽰,在 pH6.3、以甲醇甲酸比 9:1培養 M.populi,碳儲存率可達 46.0%且在指數期生長快速,可達到有效減少溫室逸散至大氣的目的。

A Real-time Home Health Monitoring System with Motion Waveform Using Millimeter-wave FMCW Radar

本研究提出了一種基於毫米波FMCW雷達的即時居家健康監測系統,與RGB攝影機感測器方案相比,該系統更具成本效益並保護用戶隱私。對於居家健康監測系統來說,除了走、站、坐、臥四種常見的身體動作外,及時發現緊急情況也至關重要。因此,我們支持跌倒偵測以及兩種手勢的識別,一種用於頭痛,另一種用於緊急事件。然而,由於雷達點雲的稀疏和不規律特性,我們提出一種新的身體動作波形表示方式和一套處理程序用來平滑動作波形,利用雷達點雲的三度空間座標和速度在時間序列上的變化波形來表示動作特徵並作為神經網路的輸入,再搭配一輕量級的1D-CNN+LSTM神經網路來實現即時動作辨識。根據實驗結果,此方法可以達到30FPS的輸出效率和94%的辨識準確率。

死水現象—船速與內波之關聯探討

當船開過水面,因為內波而產生船速下降甚至停滯不前的現象,稱為「死 水效應」。此現象好發於初春冬冰消融之際、河川出海口等容易出現穩定密度分層區域。本研究主要針對「死水效應」進行探究,運用食鹽水製作密度分層,在水槽中利用模型船模擬現實中可能發生的情況,了解內波與死水現象的 關聯。 結果顯示當拉力較小、船重較重、上層水較薄、下層水較厚時,較容易發 生劇烈的死水現象。無論船速為何,在 Froude number 接近 1 時皆會受到內波影響,造成加速度減緩,當加速度達到負值,稱為死水現象。船一旦發生過一 次死水現象,並再加速時,船尾流會增強殘存的波,船極有可能再次陷入死水 現象,使得 Froude number 在 1 附近上下震盪,須等內波破碎或分層混亂時才 能完全脫離死水現象。同時本研究也發現船速與平均波速具有一關係式,可協 助進行觀測上等用途。

以數據驅動方式探究類星體於可見光與無線電光譜之性質關聯

通過 LOFAR望遠鏡與斯隆數位巡天計畫之資料釋出,我們得以在大量、清晰的資料庫中發掘許多天體的特殊性質。本研究結合兩個大型研究計劃的無線電波源目錄與類星體光學目錄,分析 LOFAR-detected類星體在可見光觀測上與其他類星體的光譜性質差異,利用決策樹與相關的集成學習模型建立對於缺乏無線電紀錄之類星體的光學資料分類模型,並期望在未來驗證學界目前對於類星體產生無線電原理的各種假說。

溶液深淺長短跑—創新方法精密測量折射率與液體濃度的關係

我們利用一般裝潢使用測量距離的雷射測距儀,配合理論推導,自行設計實驗方法與步驟,成功地精確測量各種水溶液在室溫下的折射率。透過我們的實驗方法與高中光學插針法測量液體折射率的實驗比較,測量誤差比插針法得到的實驗結果小一個數量級。我們還利用此實驗方法精確測量不同濃度的各種水溶液之折射率,探討折射率與濃度之間的線性關係。我們更進一步測量雙溶質水溶液與不互溶的兩液體,發現其折射率皆具有線性疊加的關係。

探討地震相關因子對於斑馬魚社交行為之影響

台灣地震次數頻繁,除了地震帶來的自然災害以外,地震也會造成生物的心理焦慮及恐懼。斑馬魚是一種群居動物,可以表現群聚、侵略、恐懼、焦慮或是警戒等行為,因此斑馬魚的行為表現是分析社交行為的理想實驗模型。本研究目的為探討斑馬魚的社交行為是否會受地震之影響,藉由模擬地震的發生來觀察斑馬魚社交行為的變化。在斑馬魚潛水實驗(Novel tank diving test)發現在模擬地震強度 4.5 級的晃動後斑馬魚待在上層水域的時間下降;鏡像啄食實驗(Mirror fighting test)中則發現處理組的魚經由模擬地震強度 4.5 級的晃動後攻擊次數和打鬥週期皆顯著上升;而在社交偏好實驗(Social Preference test)中發現經過模擬地震 4.5 級晃動後的斑馬魚將會更傾向於靠近其他熟悉的個體。斑馬魚在地震來臨時會感到不安和焦慮造成其警戒心上升進而提升其攻擊慾望,也會更傾向靠近熟悉的同類維持安全感。

雙層式水平軸風力渦輪機葉片結合尾流之探究

本研究主要目的為改變風力渦輪機的結構,將原始的單層葉片設計改為雙層葉片,當風流過第一層葉片時將產生尾流效應,使葉片後氣流產生偏轉,若將第二層葉片更具此氣流偏轉區域調整,將能有效的提升發電效率。根據實驗結果顯示,葉片後的尾流造成氣流偏轉的角度約為 15 度,因此當渦輪機的兩層葉片位於理論最高的相位夾角時,應再減去 15 度的尾流偏轉角,該夾角才為最大的發電效率配置,基於此結果所設計的渦輪機,儘管與單層葉片渦輪機具有相同的葉片數量,卻能提升發電效率約 40%,同時相關文獻指出,葉片的成本約佔整體發電機總成本之 14%,因此透過使用本研究之作法,預估可降低約 18%的成本,整體而言,本研究之設計不僅能提高風能發電效率,同時將有效的減少成本,未來具高度前瞻性。