全國中小學科展

2025年

二氧化碳捕捉術-銅鋅雙金屬奈米觸媒對二氧化碳還原反應效能及機制之研究(Carbon Dioxide Capture Technology: Study on the Efficiency and Mechanism of CO2 Reduction Reaction Using Copper-Zinc Bimetallic Nanocatalysts talyst)

本研究以電化學二氧化碳還原反應(CO2RR)技術將二氧化碳還原成高經濟能源燃料,使用水相合成法製備Cu/Zn銅鋅雙金屬奈米觸媒,改變金屬間的比例: Cu2Zn1、Cu1Zn1、Cu1Zn2以及通入N2/O2/H2 熱處理改變觸媒氧化態,而改變氧化態可以在化學性質、催化活性、電子結構等方面有重要影響使其催化出不同反應路徑,改變產物生產效率和選擇性。用能量散射光譜儀、X光繞射儀鑑定奈米觸媒間金屬比例和晶型;線性掃描伏安法和氣相層析儀探討二氧化碳還原法拉第效應和生產效能。結果發現Cu2Zn1-N2能產生最多的CH4,因改變氧化態使其效能高達53.03%; Cu1Zn2產生最多的CO,效能為44.99%,推論為鋅的比例較高所致。

智慧蚊監-3D 列印與機器學習

氣候變遷加劇了蚊媒疾病對全球公共衛生的威脅,迫切需要創新的解決方案。在台灣,登革熱的傳播主要由蚊蟲滋生所致。為了解決此問題,我們設計了一款三層結構的3D 列印誘蚊器,包括吸引懷孕雌蚊產卵的誘餌層、捕捉蚊蟲的黏膠層,以及防止異物進入的保護層。該裝置成本低、易製作且不需要外部電力,特別適合在資源有限的地區部署。 我們結合校園監測站每日捕捉的蚊蟲數據與氣象站提供的溫度、濕度和降雨等環境數據,運用SARIMA 與隨機森林混合模型進行分析與預測。SARIMA模型負責捕捉蚊蟲數量的季節性與長期趨勢,而隨機森林模型則處理環境變數與蚊蟲密度之間的非線性關係。此混合模型不僅提高了預測精度,還能解析蚊蟲的生態模式,進一步指導誘蚊器的最佳配置。此外,我們還開發了紅外線感測系統,即時偵測蚊蟲活動,為監測提供精準數據。 為評估氣候變遷的影響,我們模擬了不同全球暖化情境下的蚊蟲密度變化趨勢。結果顯示,隨著溫度上升,蚊蟲密度呈現非線性收斂趨勢,但正相關性依然存在,強調了氣候變遷可能帶來的潛在危害。我們還開發了一個網站,用於即時呈現蚊蟲密度預測,幫助政策制定者和公共衛生機構有效應對疾病防控挑戰。 本研究與聯合國永續發展目標(SDGs)中的SDG3(良好健康與福祉)及SDG13(氣候行動)高度契合,展示了結合3D列印、機器學習、即時感測和網路技術應對蚊媒疾病的創新潛力。此系統提供了一個可持續的全球蚊蟲控制模型,為公共衛生、疾病預防及流行病學的未來創新奠定了堅實基礎。

沙盒類遊戲式學習平台系統伺服器架設節能效率研究:以Minecraft為例

本研究以 Minecraft 為例,探討沙盒類遊戲式學習平台系統伺服器架設的節能效率,旨在透過動態調整伺服器數量降低總CPU使用率,提升伺服器的管理效能和能源使用效率。隨著線上遊戲的普及,伺服器的營運管理變得越來越複雜,如何在滿足玩家需求並同時降低能源消耗成為一個重要議題。本研究將分析伺服器資源使用狀況,特別是在玩家活動量高低波動的情境下,透過管理策略的調整,探討其對節能效率的影響。 研究透過實證數據的收集與回歸分析,建立一套可應用於 Minecraft 伺服器的節能動態調整系統,並探討動態調整的具體效率。研究結果發現隨著玩家人數增加,越接近系統負載上限,節能效果會越來越不明顯,以本次研究的伺服器來講玩家人數到達35人以後就無法再減少伺服器數量。

運用深度學習色彩校正模型之黃疸偵測 Jaundice Detection Using Deep Learning-Based Color Correction Models

現今醫療中,黃疸的早期偵測對肝臟疾病的預防與治療至關重要,但多數人難以在症狀輕微時察覺。我們希望藉由智慧手機影像結合機器學習進行黃疸檢測,提升民眾自我監測的能力。Su 等人(2021)曾使用深度學習和機器學習進行黃疸預測,但其方法依賴專業色卡進行色彩校正,成本高且限制應用範圍。本研究提出以白平衡演算法中的白色補丁法與灰界演算法,搭配深度學習模型 DCCNM1和2 取代色卡,提升黃疸檢測的普及性與便利性。經黃疸偵測效果評估顯示,DCCNM2 在無色卡模型中表現最佳,雖然各指標略低於色卡校正,但其展現出優異的穩定性和準確性,證明其作為無色卡黃疸篩檢方案的可行性。本方法將能提供便捷的居家黃疸檢測途徑,尤其對偏鄉地區居民而言,不僅提升早期發現的機會,還能有效減輕醫護人員的負擔,推動大眾健康管理。

日本南海海槽長微震特性比較及其與環境參數之關聯

本研究利用Slow Earthquake Database長微震資料探討日本南海海槽長微震事件發生的特性、嘗試找出造成此區長微震發生的原因。我們將日本西南部的四國島、紀伊半島、愛知縣依空間細分為八個小區,分區將長微震的資料繪製成圖表,並利用快速傅立葉轉換Fast Fourier Transform進行頻譜分析,尋找該區長微震的活躍程度及復發週期,復發週期為一季至一年不等。另外,我們也將環境參數與長微震的月平均發震時長做比較,發現兩地皆與風速呈負相關、和累積雨量推遲1~2個月後兩者間成正相關、和地下水位高度呈負相關。潮汐與長微震的相關性上,潮位高度的影響較漲退潮狀態顯著, 但兩者均對長微震的發生有著正相關。

探討影響臺灣周遭海域波浪能蘊藏量的關鍵因素 English Title:Investigation of Key Factors Influencing Wave Energy Potential in the Surrounding Waters of Taiwan

團隊透過分析臺灣台灣周遭八個處海洋浮標測站資料,自2021年1月到2024年10月為止之示性波高、平均週期、平均風速、海溫等資料間之相關性,並試從不同位置測站之海洋條件與大氣因素,來綜合探討影響臺灣周遭海域波浪能蘊藏量的關鍵因素。並透過分析海溫與波浪能變化的關係,試圖瞭解全球暖化平均海溫上升,對臺灣周遭波浪能蘊藏的變化趨勢。 團隊發現影響臺灣周遭海域波浪能蘊藏的因素,除了季節性季風的影響,黑潮主流以及澎湖水道的黑潮支流湧升流,也都 可能 是影響臺灣周遭海域波浪能蘊藏的重要因素。團隊也發現,在臺灣周遭海域波浪能蘊藏與海溫變化有負相關的趨勢,此現象與臺灣中央研究院針對過去70年,全球波浪能的變化趨勢並不一致。其原因可能是臺灣所屬地理位置環境的關係,也可能是分析的數據資料僅有4年無法準確看出趨勢變化。

宜蘭地區風場與地形交互作用下的雨量分析

本研究利用中央氣象署2003年至2022年在宜蘭地區的地面測站雨量及風場觀測資料,分別在蘭陽溪以北與以南的平原與山區各選取十個測站進行分析,再輔以宜蘭降雨觀測計畫所提供的探空斜溫圖,探討宜蘭地區三維風場及因特殊地形作用所產生的雨量分布及變化。研究結果顯示:宜蘭地區的降雨量多寡與降雨特性分成五區,分別是中央山脈迎風面(4000~5000mm)>雪山山脈山區(約3500mm)>平原內部(2500~3200mm)>中央山脈背風側(約2700mm)>無地形作用(約1200mm)。其中中央山脈迎風地區年雨量逐年上升,背風面雨量逐年下降。另大尺度的東北季風進入宜蘭平原,與地形交互作用產生繞流西風再與低層東北季風產生輻合舉升作用,常造成了宜蘭地區冬季劇烈降雨事件。

滾動的「刺」界—濱刺麥滾動因素之探討

此實驗主要在探討不同條件對濱刺麥(Spinifex littoreus)滾動之影響,並利用模型(以下簡稱模擬球)來推導其實際滾動之效果。我們利用木板作為模擬球滾動的環境,並設計了四個操縱變因,分別為刺的長度、數量、材質(模擬球本身的條件)及風速(外在環境條件),測量模擬球的滾動軌跡、終端速度等物理量,並利用tracker、Excel等軟體分析數據,發現了刺的長度和環境風速與模擬球滾動的終端速度呈正相關;而刺的數量則與模擬球滾動的終端速度呈負相關,刺的材質主要影響滾動的阻力。

心理韌性的個別差異與心流、生理、認知方面之間關聯

由於心理韌性相關研究中,較缺乏以認知能力正常的普通人做為研究對象,因此本研究希望透過了解心理韌性與生理(血液)、認知(神經心理測驗)、心理(心流、憂鬱程度)在普通人之間的關聯,進而增加對韌性的瞭解。透過心理韌性量表BRS、CDRISC及RSA、心流量表FSS、貝克憂鬱量表BDI、神經心理測驗WMS、WAIS與血液檢驗報告,收集各項數據,並利用t檢定及Pearson correlation,找出具顯著關係者:心理韌性與心流成正相關、與飯前血糖濃度成正相關、與憂鬱程度呈負相關,以及與神經心理測驗呈負相關。然而韌性與血糖、認知間的顯著去除年齡因素後便會消失。

攜帶型高效率氫能離子能雙輸出埠電力裝置 Dual-ports high hydrogen and ionic conversion efficient power generator

本研究以空氣為催化劑,降低KOH在水中解離成K+及OH- 的解離能,大幅提升KOH在水中解離的效率,配合以鋁板為電極,還原H2O及OH-,釋出氫氣H2。這還原反應過程同時輸出K+及H2為電力能源。利用解離出的K+組裝成鉀離子電池,同時以解離出的氫氣運作燃料電池,組成雙輸出埠電力裝置。本雙輸出埠電力裝置,可以分別利用KOH濃度及或空氣輸入量,來調控輸出功率。KOH濃度增加或空氣輸入量增加,均可提高兩輸出埠的功率。測試時採用KOH濃度為5M,輸出電壓達0.19 mV,電流達0.166 mA。採用摻雜0.3%鉍的鋁為電極板,提升輸出電壓達0.67 mV,電流達0.199 mA。在鉀離子電池2MKOH水溶液中串聯4組電極板,電壓提升至2.9 V,電流達5A,並能成功點亮LED燈及驅動市售燃料電池。再經電路板穩壓後,電壓從2.9 V提升至5 V,適合USB充電,顯示出其作為無碳排放電力能源。