全國中小學科展

2024年

探討護木漆塗層對於抑制金屬升溫之影響

本研究探討將護木漆塗在不鏽鋼及鋁片上對於熱輻射吸收及降溫效果的影響,從實驗結果中可以看到塗上護木漆後的不鏽鋼樣品在可見光範圍的吸收雖增加 29.7W/m²,但在 8µm~12µm紅外光範圍的熱輻射增加 38.2W/m²,約增加 11.2倍,而鋁片樣品在可見光範圍的吸收減少 1W/m²,紅外光範圍的熱輻射則增加 38.6W/m²,約增加 25.9倍,故護木漆能有效增加熱輻射效率,減少能量吸收,而本研究亦證實樣品的輻射冷卻效 能,在晴天時樣品溫度最多可降低 3.4度及 2.7度,故此種方法能有效抑制升溫,並希望未來能應用於建築及儲油槽外壁上,以減少冷氣使用及火災發生頻率。

任意進位制下計數問題的公式解

對於任意正整數m和大於1的正整數p,將集合{m,m+1,...,pm-1}中的每一個元素用p進位制表示。令h為介在1到p-1的正整數,將上述集合在p進位制下有i個h的元素個數記為fh,i(m,p)。本文引進一個創新的想法,讓函數 fh,i(m,p)公式解的推導變得可行且簡單。 再者,當 p=2 時,令 fi(m)= f1,i(m,2),由公式解可以推得對怎樣的正整數n,原像集合the preimage fi-1({n})之元素個數為1。

光程差與焦散影響下的雷射圖紋

本研究主要是研究雷射光通過瓶底的圖紋,出現多樣性的焦散曲線圖形。瓶底的圖紋有數字、花紋、環保標章等,焦散圖則是由亮暗相間一環一環的曲線組成的繞射圖。 研究分析焦散圖的共通性,有焦點、折皺、尖嘴、三曲、橢圓、雙曲、類牛頓環、海波、沙灘共九類基本單元圖,以數學函數方程式表示並探究圖形與玻璃的紋路結構的關係。 探討最外環的寬度的變化得知: 1.每個焦散圖最外環的亮帶最寬,然後依次寬度漸小。 2.圖紋到螢幕的距離、入射光波長與寬度呈線性增加。 3.入射角度、瓶底圖紋的曲率與寬度呈線性減小。 改變折射率,結果焦散圖形狀樣貌不變,縮小後仍然呈現立體狀。而且在水中最外環寬度與距離成正比,入射角度線性減小,波長線性增加趨勢。 未來希望能繼續探討複雜的焦散及 3D 立體的實像圖,應用於光學藝術的創作及室內設計上。

從心開始-三角形的四心到各邊距離和

此研究討論三角形𝐴𝐵𝐶的外心、重心、垂心、內心到三邊之距離,並依銳角、直角及鈍角三角形,去比較各距離總和之大小關係及相互之間的關聯性。其主要結果為: 1.用外接圓半徑𝑅及∠𝐴,∠𝐵,∠𝐶表示各心到三邊之距離。 2.設外心、重心、垂心、內心到三邊之距離總和依序為𝑑1, 𝑑2, 𝑑3, 𝑑4 ,其大小關係為: (1)在銳角∆中,𝑑1 ≥ 𝑑2 ≥ 𝑑4 ≥ 𝑑3,僅當正∆ 時,等號成立。 (2)在直角∆中,𝑑1 > 𝑑2 > 𝑑4 > 𝑑3。 (3)在鈍角∆中,𝑑1 > 𝑑2 > 𝑑4 恆成立。𝑑3與𝑑1、𝑑2、𝑑4比較,並無絕對關係,但在等腰鈍角∆,我們給出其大小順序的臨界值。 (4)在鈍角∆中,若最大內角≥ 120° ,則𝑑3 > 𝑑1 > 𝑑2 > 𝑑4。 3.在銳角∆ 及直角∆ 中,等式𝑑2=2/3 𝑑1+1/3 𝑑3和 𝑑2+1/3 𝑑1-1/3 𝑑3-1/3 𝑑4 = 𝑅 恆成立。

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。

石墨烯-銀異質結構的優化與功能開發 The Optimization and Development of Graphene/Ag-doped heterostructure

從家用微波爐到3C產品,皆有微波電磁干擾 (Microwave Electromagnetic Interference, MWEMI)的防蔽設計需求。依據2020年科展競賽作品中的薄層微量雙金屬催化技術可製得 Graphene/Ag-doped異質結構,但該作品未曾研究此材料的防蔽 EMI 能力。本研究優化此技術,成功將銀奈米結構沉積在石墨烯的缺陷及晶界邊緣,相關技術與實驗參數(化學氣相沉積法的加熱溫度、時長和通氣量)已發表於2023年科展競賽作品。本研究進階發現 Graphene/Ag-doped異質結構具高透明度和屏蔽 MWEMI 的能力,單層膜可屏蔽60%之 MWEMI,效能優於文獻上記載的2~3層石墨烯。而依據2023年文獻說明單層奈米碳管 (MWCNTs)異質結構經氟化處理後,可大幅提升 MWEMI 屏蔽效能,因此我們也將 Graphene/Ag-doped材料經由四氟化碳電漿處理,氟化後的屏蔽效能又比單層石墨烯-銀高出15倍,可遮蔽高達99.9%的 MWEMI。

AI時光機-利用照片轉換技術重溫在地歷史

目前網路上流傳許多使用人工智慧修復照片的網站或應用軟體。然而,由於這些訓練資料多數來自國外,導致修復中式建築照片的效果欠佳。此外,許多老舊照片因氧化、潮濕而泛黃,使得修復程序比起修復純黑白相片更加困難。因此,本研究旨在建🖂一個專門修復中式建築物的機器學習模型,主要分為以下三個部分:首先,使用機器學習模型對老舊照片進行修復,包括著色、去模糊化和降噪;其次,分析使用不同比例之有色調照片(模擬泛黃照片)訓練模型的效果;最後,研究不同的修復順序(著色、去模糊化、降噪)和模型執行次數對照片修復效果的影響,發現「著色、去噪、去模糊化」的順序修復效果最佳。此外,許多老舊照片因為受損等原因,只剩下極少的特徵,因此本研究採用機器學習模型,以延伸重建原始照片。透過這種方法,我們能夠重新建構當時建築物周圍可能的場景和情境。

老化相關之組蛋白N端乙醯酶Naa40p於小鼠神經細胞HT-22的功能探討

表觀遺傳學(Epigenetics)是研究行為與環境因子如何對基因表現產生影響, 主要是藉由DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼核醣核酸來影響基因表現, Naa40p (N terminal-alpha-acetyltransferase 40 protein) 也稱為NatD、Patt1或Nat4 是一種組蛋白乙醯轉移酶,修飾組蛋白H2A及H4。在酵母菌的研究中,Naa40p 的缺失可以延長酵母菌的複製壽命(Molina-Serrano D., 2016)。在The Human Protein Altas資料中,可以看出人體中Naa40p在腦部有較高的表現。因此想了解Naa40p在小鼠海馬體神經細胞HT-22中具有什麼樣的功能。 藉由CRISPR基因編輯技術產生Naa40p剔除的突變株,進行細胞功能的檢測,在移動能力相關的傷口癒合測試中,Naa40p剔除的突變株癒合速度明顯快於野生型,期望能藉由更多細胞功能的檢測來更全面地了解Naa40p於神經細胞相關的功能與機制。

以計算化學探討全取代四氫吡咯酮的不對稱合成

本研究探討之四氫吡咯酮作為一種常用的藥物骨架,其已被發現在多種藥理學方面具有應用價值。本研究所探討的反應結合了文獻中的含氮五元環合成方法以及另一篇文獻當中以雙氫鍵予體催化劑進行不對稱催化的原理,並利用計算化學的密度泛函理論對此反應進行熱力學分析。 本研究共分成四個階段,第一個階段為方法學測試,在此階段我們選定了以 ω-B97X-D 與 B3LYP 兩種方法進行後續實驗;第二階段則分析了本研究探討的四氫吡咯酮的各種異構物,並選定後續進行熱力學模擬的異構物;第三階段分析了此反應在不同溶劑下的可行性, 發現使用低介電常數溶劑(如:甲苯)對於反應可行性有正向幫助;最後一個階段則為催化劑改良,並發現到在催化劑的氫鍵予體旁加上拉電子官能基可降低反應活化能。在未來,我們將更進一步改良催化劑,試圖改變催化劑對各式立體異構物的反應可行性。

漂浮型振盪衝擊式波浪能轉換器設計開發與研究

本研究利用波浪撞擊架設於水面的浮筒來擷取波浪能,並連結水面上方的能量傳遞裝置,將能量傳遞至發電機轉換成電能。在能量傳遞裝置上,以錐齒輪組取代前一代過於複雜機械結構的設計,以期減少能量在傳遞過程中的耗損。同時也研究加速機與擬飛輪裝置的適當配置,以增加能量擷取轉換的效率與穩定性。 此外,也運用 NODASS海洋大數據之平台,分析台灣東北海沿岸之波浪情況。並且利用 Solidworks、AnsysWorkbench等數值模擬軟體,模擬機構下水之情形,分析並統整出本機構下水之最佳條件。 後續將結合 NODASS海洋大數據對東北角海域的分析結果,並利用與數值模擬計算,來優化本研究機構的設計。期待新的優化設計,能在平面水波槽實驗中,得到 15 %以上的平均能量轉換效率。