全國中小學科展

2025年

以卵黃細胞模擬紅血球在血管中之流動表現與潛在應用價值

本研究以塑膠水管、雞卵細胞搭配不同液體黏度,建置出七種生理情境,並藉由蒐集卵黃形變狀態、速率、側截面積,建構紅血球在血管中流動表現的模型,希望能達到預測生理情境的效果。研究的最後,我們使用Python撰寫程式,協助自動追蹤卵黃的最大瞬時速率與當下的側截面積。本研究發現卵黃會因流動速率的變化產生相對形變避免破裂;當模擬正常微血管時含有0.03%酒精,流動速率會提高;當模擬緊張型微血管時含有0.5%酒精,流動速率較接近正常微血管。另外,模擬微血管中的卵黃若在流動時受到阻力,比表面積會增加,但在小動脈模擬中卻相反;在模擬緊張型微血管時,隨著管內液體黏度上升,卵黃出現最大瞬時速率的位置離心臟越遠。

正本「塑」源-探討河川塑膠微粒

基於對鄉土的關懷,我們選定高屏溪流域,來研究河川中塑膠微粒的尺寸大小和含量,透過光譜來了解塑膠微粒的材質。高屏溪流域是跨高雄及屏東地區最大的河流,我們共分為枯水期及豐水期來採水,比較不同季節之塑膠微粒類別,若以形狀區分:枯水期塑膠纖維最多,豐水期塑膠薄膜最多。若以尺寸區分:枯水期100~500μm的佔最多,豐水期25~100μm的佔最多。若以材質區分,枯水期含量最多分別是PE及PP,豐水期含量最多分別是PE及PET。若從顏色區分,大多是白色及透明為主要顏色。以上實驗結果可供主管機關列為重要監測參考,特別是國內少有研究單位或機構,在進行高屏溪流域塑膠微粒類別、含量之調查與研究,因此本研究重大發現為國內創舉深具意義,可供相關單位後續深究參考之價值性。

碳紙 / 聚乙二醇複合材料應用於太陽蒸發器及抗鹽之研究

本研究旨在開發一款新型薄膜,利用創新的光熱薄膜蒸餾技術進行海水淡化。薄膜的製作是利用碳紙浸泡於不同濃度的聚乙烯醇(PVA)溶液中,形成一面疏水、一面親水的雙性薄膜。通過實驗比較各種薄膜的通量、鹽回溶、光熱效應等性能差異,從中找出最優的製膜方式,以提升該技術的可行性和效率。研究目標是增加淡水產量,同時減少能源消耗和成本負擔。此項技術符合聯合國可持續發展目標(SDGs)中的第6項(清潔水和衛生)與第7項(可負擔且清潔的能源)。本研究最終希望推動這項技術的廣泛應用,進一步走入市場,為水資源的永續發展做出貢獻。

「稻」出「鋁」想「充」能力

本研究利用農業廢棄物再加工後的-炭化稻殼,經食用醋處理後搭配環保防水明膠配方製成碳紙電極,作為可充式鋁電池的正極材料;負極則是在鋁箔上塗一層較環保無毒的PVA;電解液使用2M氯化鋁/0.1M食鹽水/5g醋酸鈉,吸附在濾紙上,成功製作出可充式「炭化稻殼紙/鋁電池」,充放電循環3次後,放電的初始開路電壓最高可達1.296V,初始短路電流可達137.1mA,串聯兩個電池後,成功使LED燈發光持續至少72天,亦可推動風扇在約4mA的工作電流下維持215分鐘。本作品多使用食品級的環保材料,較以往作品具有低汙染、低成本、超輕薄、可充電、可彎曲等多項優勢,充電後的穩定性更優於市售石墨片電極,可連續充放電至少5次,在進行穿刺實驗後更證實其安全性較鋰電池高,期待能為大型儲能系統添加一股永續環保的新契機。

驚「掏」駭浪—消波塊與沙灘地形對沙石掏空量的影響

本研究使用水槽、自製造浪器,模擬海岸環境,探討消波塊的擺放角度、擺放密度,以及沙灘的水深、坡度、波浪強度(造浪器頻率),對沿岸沙石侵蝕面積的影響。利用image j 分析在不同因素下消波塊周圍沙石侵蝕之面積,以及其隨時間的變化。研究結果發現,在不同擺放角度中,消波塊之兩角面向波浪時(本研究定義為0度)其下沙石侵蝕面積最大;在擺放密度中,發現擺放越多的消波塊,其侵蝕面積越大;在沙灘水深不同時,當水深越淺時,其侵蝕面積越大;當沙灘之坡度越大時,其侵蝕面積越大;當造浪器之頻率越大時,其侵蝕面積也會增加,而計算體積時,發現在不同擺放角度下,掏空的體積與侵蝕面積成正相關。

臺灣西南部古亭坑層泥岩之古水深變化

二仁溪剖面因受到小滾水逆斷層截切 ,而分為東、西剖面兩部分,東剖面的地層較老西剖面的地層較年輕,故推測該地區東剖面古水深較西剖面深。本研究利用微體化石有孔蟲比例(%P)進行研究,希望能夠探討臺灣西南部沉積盆地的演化,以及二仁溪剖面地區的古水深變化與粗顆粒含量的相關性。但由於本研究使用的樣本並沒有採樣於每一沉積岩層,故臺灣西南部沉積盆地的沉積物供應量與構造抬升的因素仍需進一步的研究。

潮間帶微生物動態:探索隨機中性與環境因子對細菌與古菌群落演替之影響

本研究探討了潮間帶環境中細菌與古菌的群落結構及其生態功能,並評估了隨機過程與環境因子對群落演替的影響。我們於金門南門海域的潮間帶進行了五次採樣,我們使用次世代定序(Next Generation Sequencing)進行16S rRNA 基因的定序技術分析了該區域微生物的豐度變化及其功能特性。結果顯示,細菌群落以變形菌門為優勢群,而古菌群落則以亞硝侏儒菌科為主。隨機中性模型的結果顯示古菌的豐度顯著受到隨機擴散的影響,而細菌群落則主要由鹽度、溫度和溶解氧等環境因子所驅動。經由Picrust2 代謝路徑預測的結果顯示,古菌與細菌共享多種基本代謝途徑,顯示出它們在生態上的互補性;同時,各自特有的代謝途徑則體現了它們對環境壓力的不同適應方式。本研究為潮間帶微生物群落的動態變化及生態功能提供了新的發現。

沙波紋與新月丘—從地球到火星

本研究旨在探究風成沙紋的型態和其移動速度及新月形沙丘的演化過程。利用吹出式風洞建立穩定且單一風向的風場,並運用不同粒徑的石英沙,以研究不同情況下沙紋和沙丘的變化。研究發現,風成沙紋的波長變化不僅受到風速、粒徑等特性的影響,還可能受到波峰後渦流長度的影響。另外觀察沙紋移動速度的變化後,可以明顯的發現與風速有高度正相關,亦討論能量的變化,並試圖建立風速與移動速度的轉換模型。在新月形沙丘演化過程的模擬中,我們歸納出三個主要時期:延伸期、崩落期和消逝期。我們也針對這些結果進行質性分析,透過觀察與討論,進一步了解沙紋與沙丘之變化過程與形成條件。最後我們比較了火星橫向風成脊(TAR)的形狀、動力及分布差異,推論其可能成因,希望進一步探究行星地表形貌的形成和演化過程。

驚「掏」駭浪—消波塊與沙灘地形對沙石掏空量的影響

本研究使用水槽、自製造浪器,模擬海岸環境,探討消波塊的擺放角度、擺放密度,以及沙灘的水深、坡度、波浪強度(造浪器頻率),對沿岸沙石侵蝕面積的影響。利用image j 分析在不同因素下消波塊周圍沙石侵蝕之面積,以及其隨時間的變化。研究結果發現,在不同擺放角度中,消波塊之兩角面向波浪時(本研究定義為0度)其下沙石侵蝕面積最大;在擺放密度中,發現擺放越多的消波塊,其侵蝕面積越大;在沙灘水深不同時,當水深越淺時,其侵蝕面積越大;當沙灘之坡度越大時,其侵蝕面積越大;當造浪器之頻率越大時,其侵蝕面積也會增加,而計算體積時,發現在不同擺放角度下,掏空的體積與侵蝕面積成正相關。

第一電池-探討利用地衣共生真菌與藻類建構長效微生物電池之可行性

本研究旨在探討如何利用地衣共生藻類與共生真菌天然的互利性來建構長效的微生物電池,此實驗將培養出的地衣共生真菌與藻類利用海藻酸鈉(SA)進行固化,並進一步製成不須添加質子交換膜的晶球地衣電池,並觀察其發電量。經觀察,本研究之地衣電池電壓高峰為0.497 V,且目前已維持運作1038小時,電壓仍有0.3 V。由上述可知,利用海藻酸鈉固化之方式能製作出穩定且高效能的地衣電池;而地衣取自於自然環境,亦不需添加質子交換膜,故對成本低廉且環境友善成本低廉,符合永續發展目標(SDGs)中的目標七:確保所有的人都可取得負擔的起、可靠、永續及現代的能源。期許未來能夠發展為具備實用性且低成本的綠色能源。