| 160001 |
尋找z>7 的超大質量黑洞 |
尋找高紅移的超大質量黑洞，有助於天文學界了解宇宙再電離時期。雖然黑洞的數量稀少，但相較於星系，超大質量黑洞較亮，且存在高紅移時，存在時間比伽瑪射線爆久，因此，它們的光譜可以協助天文學家最有效率地探索再電離時期星系間物質的特性。本報告交叉比對Subaru 超廣角相機策略觀測計畫 (Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program, HSC SSP) 和廣域紅外線巡天探測衛星 (Wide-field Infrared Survey Explorer, WISE) 的觀測數據，以尋找可能的高紅移超大質量黑洞。本研究根據光度測定 (photometric observation) 和宇宙紅移 (cosmological redshift) 的原理，從雙色圖中較紅的區域挑選了46個候選星體，並逐一透過天文望遠鏡照攝的影像確認是否有可能是超大質量黑洞。最後，選出三個可能的高紅移超大質量黑洞，可用於向大型天文望遠鏡 (如昴星團望遠鏡 (Subaru Telescope) ) 申請光譜分析。
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| 160003 |
Order Restoration in Perturbed Electrorheological Fluids |
電流變液是一種由介電顆粒和絕緣液體混合而成的特殊流體，在外加電場到電流變液後，二氧化矽沿著電場排列成整齊的鏈狀結構，提升電流變液的黏度。 在這個研究中，使用添加了界面活性劑、親水二氧化矽顆粒以及矽油的電流變液作為研究對象，發現電流變液的黏度可以隨電場增加而有效地增加，且增加的效果會同時受到矽油初始黏度和是否添加界面活性劑的影響，其影響黏度的機制則和液體在電場下的靜態結構以及結構被破壞後的修復速度有關。 當矽油的初始黏度較小時，由於二氧化矽鍊的結構較不穩定且修復速度較快，因此主要會是修復速度在控制矽油的黏度，添加界面活性劑後，它會提升顆粒的極化率，進而加速結構的修復、使液體的黏度增加。而當初始黏度較大時，由於修復速度較緩慢但結構相對較穩定，因此是由結構來決定矽油的黏度。
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變動磁場下磁浮振盪的運動分析 |
磁浮為講求低能源消耗的重要科技發展方向，但由於控制不易且為超距力所造成，現在的應用仍不廣泛。本實驗藉由分析磁浮體在不同狀態下磁路的變化，進而研究磁斥力下磁鐵振盪、磁浮體轉動的飛輪儲能裝置效率以及作用，有助於未來應用於避震、儲能、隔空控制的磁浮科技的發展。本實驗利用溫度、材質、磁化效應的方式影響磁振盪，並根據磁場分布的規則找出改變磁浮體轉動及偏轉狀態的方法。實驗結果顯示轉動中不均勻的磁場可強化磁浮的穩定性，另外磁浮體容易受到可磁化金屬、溫度、磁浮載具磁場分布的影響。研究發現鐵磁體減緩磁浮振盪的現象在轉速到達一特定值時明顯不作用，且磁浮體本身的轉動受載具偏移方向及磁場均勻度影響。
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| 160007 |
滾動體在旋轉圓盤上運動之軌跡探討(The motion of a rolling sphere on a rotating disk) |
球體在旋轉平台上的運動分三階段：進動階段、螺線振盪階段、打滑階段。進動階段、螺線振盪階段為兩個運動模式的疊加：迴旋半徑漸增的螺旋線運動、向平台中心靠近的平移運動。當迴旋半徑漸增至滑動摩擦力的上限值，球進入打滑階段並向外甩出平台。 研究紀錄球體質心運動參數，並以接觸點準靜態理論計算及滑動-滾動摩擦模型進行數值分析，找出各種變因與運動參數間的關係。 結果發現滾動階段中鋼球作迴旋運動的頻率f_球和平台旋轉頻率f_盤和有正比關係，且比例值和球標準化轉動慣量delta正相關。由滾動階段過渡到滑動階段的最大迴旋半徑Rmax和(f_球)^2成反比、和delta呈負相關、和滑動摩擦係數u_k 成正比。滾動摩擦使球向平台中心靠近，也使迴旋半徑漸增。平台傾斜或呈錐狀時，球體的運動會向水平方向偏移。
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| 160008 |
Nonlinear thermal diffusion dynamics measured using a simple lighttransmission method |
方形盒盛透明液體，置放在冷源上方，液體發生熱擴散時，溫度由上往下逐漸下降，形成溫度梯度以及折射率梯度。雷射光照射和鉛直線成一定角度的玻棒透鏡，再穿過方形盒的透明液體時，在屏上形成斜直線，經一段時間的熱擴散後，變成曲線；曲線和斜直線的距離(h)，隨著時間(t)以及光線照射的位置(y)改變，作不同y的h-t圖可得知液體的熱擴散率狀況。 冷源的溫度0℃，分別用甘油和乙醇作待測液，得到的h-t圖，符合熱擴散推導出的h隨t改變的方程式；改用水當待測液，得到的h-t圖，就不符合熱擴散推導出的h隨t改變的方程式。改用-5℃的冷源，分別用水和氯化鈉水溶液作待測液，得到的h-t圖，不符合熱擴散推導出的h隨t改變的方程式。 用簡易的設備可以了解折射率梯度，溫度梯度，熱擴散率，以及液體的非線性熱擴散。
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| 160011 |
以SPH 模擬螺旋星系旋轉軸角及其影響星系碰撞結構之關係探討 |
星系碰撞機制的相關研究多以質量比、速度等變因為主；但因星系旋轉軸角也是影響碰撞結果的重要因素，故本研究以SPH光滑粒子流體動力學加以模擬。包括以角度為單變因，並搭配相對速度、質量比以及撞擊參數等雙變因進行分析。 根據模擬結果，發現兩初始星系在直接碰撞時，若質量比較高或以較高相對速度碰撞時，較能形成低核盤比的螺旋星系。間接碰撞時，若旋轉軸貼近速度軸、兩初始旋轉軸夾角較小及初始盤面平行等，則較能形成低核盤比的螺旋星系。 另外，本研究也發現碰撞後星系旋轉軸的指向在空間中聚集於0、40、90、140及180度等區域，此特徵可被用於探討碰撞機率等問題。最後，本研究以核盤比作為新式星系碰撞分類標準，建立「質量比」、「初始相對速度」、「初始旋轉軸角度差異」及「撞擊參數」等各項變因之對應條件，可作為螺旋星系演化機制的參考。
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| 160013 |
群魔亂舞的水精靈──探討滴簇在熱水表面的物理現象 |
本研究探討滴簇的性質，高溫穩定水溶液表面上會有一層水霧般的霧滴層，像是平貼飄浮在水面上，此水滴群為「滴簇」。本研究拍攝下熱水表面的滴簇，並使用ImageJ、Python分析滴簇粒徑等性質以建構物理模型。藉雷射光凸顯滴簇，觀察滴簇的形成與消失過程。利用被雷射打亮的滴簇在水面的倒影，測量滴簇距水高度。滴簇由5~15μm厚蒸氣層撐起漂浮在水面上，水溫越高，蒸氣層越厚。華半徑取決於水滴粒徑，本研究分析陽光經水面反射通過滴簇形成的華，測量滴簇粒徑10~20μm。由以上實驗推測：滴簇是高溫蒸氣層接觸低溫的室溫空氣凝結成，溫差愈大凝結量越多，粒徑、數量隨之上升。滴簇會因對流、氣流擾動集體離開水面，留下一道滴簇少的空隙，此現象為「絲狀剝離」。滴簇剛形成時粒徑小，吸收水氣後變大，因此絲狀剝離帶上少許滴簇皆是粒徑較小的滴簇。
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| 160014 |
實驗室裡的飛行荷蘭人-- 複雜蜃景之探究 (Fata Morgana: the explanation of the 'Flying Dutchman') |
複雜蜃景(Fata Morgana)指擁有多重影像的特殊上蜃景，形成於高緯度海面上，被認為是「飛行荷蘭人」的主要成因。本研究以探討介質折射率梯度變化與觀察者高度位置等變因，釐清複雜蜃景形成與觀察的最佳條件。藉由控制高濃度糖水溶液擴散形成的密度梯度，我們在六十公分的水缸中重建出形成複雜蜃景的環境，主要是因為糖水溶液中的折射率梯度遠大於海面上空氣的逆溫梯度所造成之折射率變化。為了進一步解析光在複雜折射率介質中之行進模式，我們以綠雷射光入射糖溶液，在側向以相機紀錄光的行進軌跡，分析探討其折射現象。我們同時利用相機觀察放置於水缸另一側的模型船，藉以觀察實際蜃景的形成與演化。本研究中我們另發展一套光軌跡的模擬程式，以協助實驗的進行與驗證實驗的成果。藉由實驗與理論模擬相互映證，充分探討複雜蜃景的成像與形成的最佳條件。
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| 160016 |
熱鍋上的舞者 - 聚丙烯酸鈉的Leidenfrost 效應分析 |
將水晶寶寶放置於加熱板，會不斷跳動並發出高頻聲音。本研究透過錄音及錄影進行分析，探討其跳動的原理及特性。研究發現：水晶寶寶於加熱板溫度80°C開始出現穩定跳動，並發出高頻聲音。溫度越高，跳動高度越低且聲音頻率越高。並發現水晶寶寶為符合虎克定律之彈性固體，其聲音頻率與√k成正比，符合簡諧運動的型式。進行動力學分析發現，水晶寶寶於加熱板撞擊之恢復係數穩定於1附近震盪，且發現水晶寶寶撞擊加熱板時會噴發氣體。我們嘗試於加熱板上方放置壓電晶片進行撞擊，發現溫度越高，產生電壓越高，可透過碰撞實現能量轉換。最後結合聲音及動力學分析，提出物理模型針對觀測之現象進行解釋，論證此現象屬於高含水彈性固體的Leidenfrost效應。
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| 160017 |
氣流引入效應及社交距離應用之探討 |
本研究為後續討論氣流的行為並聚焦於探討氣流引入。首先以初步實驗測量氣流溫度變化情形作為實驗結果的參照，再探討氣體在流動路徑上的行為，發現氣體的總引入百分比與距離間分別有對數及線性關係，以及氣體的單位距離引入百分比不隨水平向位移明顯變化。而氣流在截面的分佈情形也與觀察的結果相符。最後，觀察不同密度氣體和透過實驗結果歸納出氣體動向得定量分析，將之應用於人群密集、空間有限的情形中，發現在距離人口腔9公分處，唾液可能觸及眼部，在距口腔10公分處後，病株濃度變化趨勢不顯著，儘管放大圖形檢視後仍無法看出明顯變化，因此如果可能，社交距離至少應保持10公分。
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| 160018 |
阿緹米絲的舞步- 討論月球複雜又多變的軌跡 |
阿緹米絲(月神)所代表的月球自古就是人們關心的對象，本研究的主題就是探究月球在天空複雜又多變的軌跡。一開始我們研究月亮盤，在給定農曆日期及觀察時間後，月亮盤只能知道月球大概方位，沒有正確的方位角及仰角。接著我們利用氣象局網站月出、月中天、月沒資料進行研究，發現月球軌跡在天空中南北方向約有27.3天的變化週期(而太陽軌跡有365.25天的週期)，太陽、月球兩者的軌跡就像在天空南北方向作簡諧運動，只是振幅和週期不同。再來我們利用天文年鑑列出的月球的位置資料，歸納出月球黃經、黃緯的計算公式，可計算出月球在天空的位置，最後我們找出用太陽、月球的黃緯黃經相交計算及作圖法來預測日月食的發生。
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| 160019 |
離子推進器之流場分析與探討 |
本研究藉調控電源供應器電壓至高壓模組，可輸出不同高壓電，驅動自製以銅釘與銅管 構造離子推進器，產生不同大小推力。因推力極小需自製儀器測量，藉檢流計內渦形彈簧與 通電後檢流計指針偏轉，製作電磁扭秤量測微小推力。發現驅動電壓(3.7~7.6kV)與離子推進力 呈正相關。調整銅針與七枚銅管間距，間距小於0.80cm，尖端放電且推力略為降低，間距介 於1.30cm 與1.45cm 時，轉變為吸力，進一步觀測單一銅管周圍流場，類似電偶極場分佈，說 明離子推進器銅針與銅管間距小，視為平行板電場，而銅針與銅管間距大，可視為電偶極電 場分佈。最後間距大於1.45cm 時，推力驟減為零。產生離子風，通過銅管後的空氣噴流，磁 力不偏向證實不具有正負電性，但未經銅管的噴流應帶有正電荷。
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| 160020 |
An Easy Method to Discuss Properties of Simplified Solid-state Tesla Coil |
無線傳電是現今發展趨勢。本研究旨在拼裝簡易裝置探究特斯拉線圈性質。實驗自製簡化電路、建立方法學並使用多種電晶體結果歸納：管柱幾何形狀會影響其傳電效果。 過去科展未曾探究過特斯拉周圍電波場情況。我們依網路製作並簡化電路，排除燈管偵測電場不夠靈敏及手持或移動方式等系統誤差與隨機誤差，終以絕緣驗電筆建立具有鑑別度的標準流程。從網上挑選14種NPN電晶體試驗，發現電晶體啟動特斯拉的低限電壓約3V，崩潰電壓約12V，實驗以8V測量特斯拉電波場在垂直高度分布並使用GeoGebra繪製電波圖。還發現有等長電線時，增加管長的增益效果優於管徑。而管柱幾何形狀在天線延伸一倍管高內幾乎不影響輸出電波的保留率，管柱形狀也不影響輸出的無線電波頻率。 實驗也成功將自製特斯拉應用於無線傳電，並得知感應電壓隨距離函數遞減。
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| 160022 |
二種液滴之凝固現象探討 |
有研究討論過氯化銨溶液液滴在低溫接觸面，液滴凝固後的頂部出現了圓頂、尖頂、在尖頂部分生出如煙囪般的結構，並提出模型加以討論，但實驗中的部分觀察結果卻和文獻提出的結果有所不同。 本作品使用市售25nm之二氧化鈦粉末製成之奈米流體液滴置於疏水性冷面，在低濃度(0.5 mg/mL)時，頂端形成尖頂；但在濃度超過1 mg/mL凝固時由於馬拉哥尼流動，造成頂部形呈圓形平台，且此平台半徑隨著濃度上升而增加，另外在平台外緣堆積數量可觀的白色顆粒。 實驗中針對氯化銨溶液液滴及二氧化鈦奈米流體液滴在凝固時的顏色分布、動態接觸角變化，及頂端各種特殊外形加以分析，並用Hele-Shaw cell裝置觀察2種液滴的凝固過程，得到2種液滴凝固現象之變化原因及頂部特殊形狀的形成機制。
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| 160024 |
四眼渦漩- 混沌電路之密鑰生成器 |
本專題利用渾沌電路本身的不可預測性及混亂程度，製造出作為硬體安全實現的密鑰生成器。從實現基本的蔡氏電路，並探討蔡氏電路作為硬體安全的相關應用為基礎，進而實現進階的研究改造。透過電阻、電感、電容、運算放大器等電子元件，焊接在電路板上，實現一個「四渦漩狀」的渾沌電路。 本研究的最大特點，就是會製作兩個具備相同電子元件及構型的多吸引子渾沌電路，但天生的元件變異性會產生「類蝴蝶效應」，再利用數位乘法器，將兩個電路之類比訊號相乘，這個操作會形成一個密鑰生成器的渾沌系統。 最後會透過軟體MATLAB確認電路操作和分析電路輸出信號，及所提出密鑰生成器的安全程度，將會驗證隨機性和獨特性這兩組特徵，分別計算平均及交叉相關函數來做為驗證的依據。最後從實驗中證明了「四渦漩狀」的渾沌電路所產生的密鑰具有快速產生及高安全性。
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| 160030 |
低維度新型材料量子傳輸 |
自從2010年諾貝爾物理獎原子層石墨烯及2016年的諾貝爾物理獎拓樸，低維度新穎電子相成為材料界的一大課題，讓諸多科學家爭先恐後進行嘗試。而其中石墨烯擁有0.2~0.3nm的厚度，電阻率為10-6 ᘯ-cm這項驚人的發現，學者紛紛期待發現更多與石墨烯相仿的材料。因為SnSe2二硒化錫為1.0 eV的直接帶隙半導體，在地球上的產量豐富，我們對其進行了諸如半導體，二維材料，電晶體特性等研究，我們發現SnSe2是一個不錯的低維度材料。我們針對SnSe2進行量測，經過實驗證實量測出hole-hole interaction以及Weak Localization的現象，這些都是超導的特性的重要性質。
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| 160031 |
表面電漿共振和光譜紅移檢測類風濕性關節炎的物理探討 |
本研究結合手機發展出一個檢測類風濕性關節炎的新方法。此研究使用奈米結構式的表面電漿共振晶片，藉由血清中的抗體接合後光譜紅移現象分析結果，將其用於檢測類風濕性關節炎。我們先用可與類風濕性關節炎的抗體結合的peptide修飾晶片，測量不同濃度下光譜紅移量的差異，找出紅移最明顯的檢體濃度，以此濃度配置我們之後實驗的檢體。接下來分別使用matlab分析歸納出發病與未發病之間光譜波長紅移量的差別，和架設手機拍照後用imageJ分析紅光強度兩種分析方法測量不同檢體，判斷其是否發病。從實驗結果發現，稀釋至原本濃度10倍的檢體紅移量最明顯，且使用imageJ分析紅光強度的數據比使用顯微鏡測量光譜波長的數據準確且穩定，前者可以明顯檢測出是否發病。我們希望將這種方法推廣到第三世界國家和農村地區，為他們提供一種更省時，更具成本效益的方法來測試類風濕關節炎。
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| 160035 |
介電潤濕機制探討及應用- 水電車 |
將液滴置於鋪上介電層的電極板，接上電壓時，液滴因表面張力及接觸角產生變化而移動，此現象被稱為介電潤濕，其裝置能讓生醫等產業進行精準的微量藥物配置。為了探討此現象原理及改善裝置，本研究測量液滴位於不同電壓之電極板上方時，液滴接觸角及介電層厚度；透過數值模擬計算系統總能量、視覺化系統的電位空間分布，並計算電容，以能量角度模擬液滴移動模式；對於平面式裝置在長時間移動水珠後，產生水珠移動速率趨緩，甚至朝反方向移動的現象給予解釋；改良文獻中平面式和雙層式的電潤濕裝置，將雙層式上板改為導線。因為形狀酷似電車，因此我們稱其為「水電車」，此裝置保留高電容特性的同時，降低阻力。實驗證實其水珠移動能力優於平面式裝置，除了使液滴更好移動外，相較於封閉的雙層式裝置，開放式系統的特點能讓生醫研究人員更方便置換樣品。
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| 160043 |
銅化合物細紋間距變化與散射光偏振態之關係與探討 |
45度線偏振光入射銅化合物所得散射光為線偏振，故銅片上顏色變化非薄膜干涉。圓偏振光入射晶體，不同照相角度所得散射光強度、偏光軸偏轉及偏極化等變化，可推知為雙折射晶體。控溫定量供氧的均質銅化合物晶體，其散射光偏振態偏向圓偏振，因細紋、粒徑等因素，造成偏極化變化。溫度梯度變化造成銅化合物晶體折射率及介電係數改變，為散射光強度、偏光軸偏轉及偏極化變化的主要因素，經由理論模擬更可得知散射光偏振態的細微變化；不同波長入射相同銅化合物晶體，所得偏光軸偏轉有極大差異，且變化不同波長的光強度所造成偏極化現象及晶體吸收率各有不同。光進入雙折射晶體會因為散射角度不同而有偏振態的變化。故不同波長的光進入銅化合物雙折射晶體時，因散射光強度變化、偏光軸偏轉差異、偏極化、取值角度及吸收率不同，晶體會有顏色差異及色彩變化。
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| 160045 |
研發奈米片狀銀 – 石墨烯異質材料的創新製程及其催化電解水產氫之應用 |
金屬-石墨烯材料在異相催化電極應用被蓬勃研究，製程避免石墨烯破裂或氧化也深具挑戰。高應用價值的金屬-石墨烯必要條件是具低電阻，文獻中銀奈米線和石墨烯兩者組合時，可獲得優化導電性能，並可代替昂貴易碎的銦錫-石墨烯。本研究從紙上薄層實驗，確認銅銀共接具優良催化還原能力，進而採用銅銀共接及化學氣相沉積技術發展出創新簡潔製程，成功製得奈米片狀銀-石墨烯異相材料。本研究製得的奈米片狀銀-石墨烯保有優良導電性及可調變性，而且大大增加石墨烯的抗氧化性。將銀-石墨烯異相結構做為電極以催化水電解產氫，產氫速率又高於銅銀雙金屬電極。除此之外，石墨烯也成為銅銀雙金屬的保護機制，使雙金屬不會因多次使用而被氧化，性能上更具經濟價值。片狀銀-石墨烯具透明度，將應用為可撓式透明導電膜，在穿戴式元件與綠能開發具高應用價值。
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