薄膜生物聚合物可充电电池

香港特别行政区中华基金中学中华基金中学

作者：罗俊杰  黄智琛

辅导教师：何俊文

项目简介

我们这个项目主要研发出了一个可生物降解的可充电电池。这个电池以纤维素作主要的材料，并加上一层可导电的吡咯聚合物，成为一个多孔的电池结构。近年市场上对可卷曲薄膜电池的渴求有增无减，以配合日新月异科技产品的发展。而且，现在的可充电电池都是用重金属制成的，对环境有很大的影响。有见及此，是次研究集中开发研制两种以掺杂的琼脂-纤维素复合物为基础原料的二次薄膜电池。

我们知道一个可充电电池必须具有一个多孔的结构，以提供一个大的电子储存空间以提高电池的附载电荷能力，因此，我们决定使用具有多孔性、高韧度的纤维素作为电池的基本材料。我们先从草本植物提取的纤维素跟明胶交叉结合成纤维素复合物；再跟琼脂及吡咯进行凝胶化及聚合反应建构成聚吡咯-琼脂-纤维素复合物，并透过石墨或纳米碳管掺杂改变纤维素复合物的电化学特性。

不同种类的有机生物聚合物二次薄膜电池的充电容量为12.32mAhg-1至19.04mAhg-1。相信三维网状多孔性的琼脂-纤维素复合物电极结构提供更大的表面面积及密度，再配以石墨或纳米碳管掺杂改变复合物的电化学特性，有助提升电池的附载电荷能力。最后研究更成功制备可卷曲纳米碳管掺杂有机生物聚合物二次薄膜电池(充电容量为19.04mAhg-1，放电电压2.58V)，该设计除了轻型、成本低外，电池更利用超过95%可生物降解物料制成，对环境有正面影响。

该报告是研发可卷曲纳米碳管掺杂有机生物聚合物二次薄膜电池的首份报告。这个电池可以进一步由二位结构变为一个以为的结构，使电池更细小方便，并能在更多电器上使用。我们也会尝试用其他导电的物料，如石墨烯，来制作电极合成物，进一步提升电池的效能。

在这个项目中，我们其中一位组员负责统筹做实验的细节，如要准备的材料等，另一位组员则负责统筹写报告的事项。我们希望我们研发出来的薄膜生物聚合物可充电电池真的能为社会带来贡献，减轻对环境的负担。

基于物联网的智能家庭循迹式空气质量监测、净化系统

宁夏回族自治区银川唐徕回民中学

作者：严雨晨

辅导教师：张虹波  马翔  马维振

项目简介

1、项目摘要：该设计具有空气质量监测、CO含量监测和甲醛含量检测的家用检测仪器，由单片机采集数据，并根据设置的临界值进行报警和短信预警。系统有两部分组成：便携式无线数据采集器(在家庭任意位置测量数据并将数据通过无线网络传送至网络服务器)和循迹运动底盘(实现无死角、地毯式监测)组成。

2、选题的确定：空气离我们最近但是我们对空气的了解却很少。空气质量的好坏直接影响到我们的身体健康。由于近期发生的雾霾天气，越来越多的人关心和重视空气质量，所以提出了一种家用便携式空气质量安全监测仪，让用户及时了解家里的空气质量，做到“心中有数”。

3、目的：监测、改善家庭小范围的空气质量。设计思路：使用单片机采集室内的环境因子。将采集值进行存储和显示，当环境因子大于设定临界对用户进行短信预警和报警。

4、研究过程：①．根据需求确定选题；②．查找资料制定实现方法和系统方案；③．论证和实验方案并确定最终方案；④．系统制作和实现；⑤．系统的测试和改进。

5、该项目应用电子科学和化学计量学的方法。

6、主要贡献：①系统应用物联网技术，用户可通过网络和手持移动终端随时随地查看家中空气质量并可远程控制家中空气进化设备和数据采集设备。②系统由两部分组成：便携式无线数据采集器（在家庭任意位置测量数据并将数据通过无线网络传至网络服务器）和循迹运动底盘（实现无死角、地毯式监测）。③多样的报警方式，采用短信、微博预警还有声光等手段进行超临界值预警，充分保护用户安全。④空气进化设备，包括空调、换气扇等设备，全面的改善家庭空气质量。这些设备通过设置好的数据控制开启，使家庭空气净化省事、省心。

7、他人同类研究的情况调查：目前国内针对家庭空气质量采集的产品还没有，更没有针对家庭具体空气质量而提出的改善方案。

8、完善设想：目前只能采用人工的方式改善家庭空气质量，下一步结合空气净化设备和通风设备进行自动空气净化。

村中水塘里水黾消失之迷

河南省濮阳市第一高级中学

作者：张溪典

辅导教师：陈湘婷  谢媚  周兰平

项目简介

国庆节前后，正是村中水塘水黾大量积聚，交配产卵的时节，然而，我发现濮阳县许多农村水塘里的水黾不见了。为了揭开水黾消失之谜，我从三个方面进行了研究：首先是野外考察，对比水塘，观察有水黾水塘和无水黾水塘的差别。我一共调查了7个水塘，其中5个村中的水塘，塘边都有排污口，村民把生活污水排入池塘中，这些水塘中都没有水黾生存的迹象。看来水黾的消失与生活污水有关。然后，我进行了室内试验，模拟水中的生活污染物，分别用食用盐、蔗糖、食用白醋、食用碱和洗衣粉，分别配制成不同梯度浓度的水溶液，还有色拉油和水的混合液。通过实验得出，饱和食用盐、饱和蔗糖、4%白醋溶液不影响水黾的生存，然而水黾不能在高于2.5%的食用碱溶液生存，尤其是不能在高于0.625mg/L的洗衣粉溶液(0.0000625%）中生存，会导致水黾立即沉水死亡。最后，我做了问卷调查。了解了村民日常生活中洗衣废水的产生量、成分和排放方式，以及生活污水的排放方式，从而找到村中水塘污染的证据。

根据以上研究，本课题得出以下重要结论：1、农村小水体中生活污染，尤其是洗衣粉污染是水黾消失的一个重要原因之一。2、水黾是农村小水体生活污染的一种指标生物。洗衣粉是一种阴离子表面活性剂，5类水质标准为不高于0.3mg/L。水黾不能生存的水体，阴离子表面活性剂高于0.625mg/L，因此我所考察的农村水塘水质达不到5类水质标准。3、农村小水体中常见昆虫水黾消失的现象，是农村面源污染加重的一个信号。

进一步完善该项目的设想是：1、进一步实验验证水黾作为水污染指示生物的致死临界浓度，扩大实验范围；2、提出农村控制生活污水排放的建议方案。

通过查新没有学者研究过水黾与水污染的关系。