召喚你對科學無盡的求知慾！「第九屆吳大猷科學普及著作獎」得獎名單

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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• 活動紀錄／李宣蓉

大家都知道寫一本書很難，出一本書很難，賣一本書更難。2019 泛知識節邀請了一位寫了書、開了獨立書店，還是以科普為主的獨立書店的老闆李明燦，分享一下他為何這麼想不開的創業經驗和心路歷程。

• 唐恩書店店長李明燦，在店門口留影。

達成寫書、開書店的夢想後，李明燦的下一個目標是諾貝爾獎

「實體書店很難經營，這是全世界的趨勢，」一開口，講者李明燦就這麼說道。「但至少在這幾年，因為年輕朋友的加入，台灣有一種到了谷底後，反而向上的感覺。」

一直以來，李明燦的夢想就是寫一本書和開一家書店。在經營書店的三年期間，他加入了「台灣友善書業合作社」，這是許多小型書店為了克服經營困境，嘗試透過彼此集結、互相幫助的方式而成立的組織，現在很多的獨立書店都有加入。

「至少在人生的這個階段，我的夢想算是達成了，後面餘生的夢想就是得到諾貝爾獎。」他笑說。

與科普書緣分的起源：《物種原始》

李明燦並非打從一開始就投入書店經營，他的前半生是在半導體業跟電子業打轉。「在電子業過勞是常態，當時我在大陸外派，覺得身體狀況快不行了。」2008 年開始，關心自己身體狀況的李明燦讀了相當大量的科普書，嘗試拯救自己的健康。他以自身和家人為對象，做了很多簡單的人體實驗，並且把這六、七年間的人體實驗成果集結起來，寫成了著作《疾病原始》。

「我很崇拜達爾文，」李明燦說。讀到達爾文的著作《物種原始》 (註：又稱《物種起源》或《物種源始》) 時，李明燦非常驚豔，認為書中的許多論述和他的想法及研究結果不謀而合。李明燦於是將自己的著作命名為《疾病原始》，並在 2014 年 11 月 24 日，也就是達爾文發表《物種原始》的155年後出版。在書中，李明燦加入不少小巧思，比方首刷的冊數，以及每一本書上獨一無二的編號等等，這些都是李明燦的心血結晶。

「在我研讀科普書，或者解救自己的身體的過程中，我發現很多慢性疾病都找不到原因，目前不少科普書在探討這個現象。而我認為，《疾病原始》已經找出了一些因果關係。我在書中有寫到，世界上並沒有雄性禿、鼻竇炎與皮膚炎，這些病症都有些變數。並且，我以自身做實驗，提出論證基礎來佐證。」

進一步探討疾病存在的原因：《心理原始》

也因為這些獨特的論證，李明燦將目標放在諾貝爾獎，期許自己的研究能夠獲得國際肯定。除了已出版的《疾病原始》外，李明燦還在規劃下一本著作：《心理原始》。

「儘管我認為自己已經找到疾病的因果關係了，卻還是擺脫不了壞習慣，因此有些身體毛病依然存在。」秉持著工程師的務實態度和研究性格，李明燦不斷思考，是不是心理方面出了問題。「當然這之中也有家庭因素、工作因素，導致很難改變習慣，但我認為，心理問題是主因。而談到心理問題，就跟大腦脫不了關係。我這幾年研讀的科普書籍不外乎是三個學派：精神分析學派、認知神經科學學派、腦神經學派。這也是我後來的書寫主要的部分。」

以自身碰上的問題作為出發點去思索，李明燦主動投入研究，期望藉著自己的實驗成果幫助更多其他有同樣困擾人。他將達爾文的《物種原始》和由他自己撰寫的《疾病原始》、《心理原始》合稱為「原始三部曲」，不僅表達對達爾文的敬仰，也是一種對自我的期許。

書店名「Down house」：達爾文的退休小鎮唐恩

「達爾文在 33 歲時搭著小獵犬號去採集標本，當時他回到倫敦時，因為受不了倫敦的髒空氣，迫切想要治癒自己的皮膚病，於是搬到了近郊一個叫做唐恩的小鎮，他的餘生一直住在那裡。那個地方後來被建成紀念館：Down house。這也就是我的書店店名的由來。」李明燦解釋道，語氣中充滿了對達爾文的祟拜之情。

唐恩書店並不大，除了販售不少李明燦喜愛的科普書外，平時也會舉辦一些演講跟讀書會活動。書店的風格十分特別，一邊擺放著大量科學書籍，另一邊則是玩具店，陳列許多火柴盒小汽車。「我滿早就開始蒐集這些玩具，收藏火柴盒小汽車已經三十年了。目前店裡的營收超過一半以上都在這個部分。有許多小車都是我的收藏，但是為了店裡的收入，只好把心頭肉賣掉。」李明燦說道，獨立書店的經營困境不言而喻。

即使如此，李明燦仍是十分樂觀。他將唐恩書店稱為「希望等候室」，希望終有一天能獲得諾貝爾獎。在介紹書店的同時，他也推薦了許多優秀的科普書單，包括塔雷伯的《黑天鵝效應》等。最後，李明燦提到了賈伯斯的名言：「人生無法預料」。年輕時，人們並不知道未來會如何，但是到了往後再回頭看，才會發現這一切都是必然的，也因此要盡力去追尋自己的熱情所在，去堅持信念，這也是一切成就的起點。

• 活動紀錄／李宣蓉

處在資訊流通不發達的古代，書本幾乎就是所有資訊的來源，要獲取知識就必須讀書。但現在的知識來源五花八門，透過 youtube 影片、廣播、電視節目等，也都可以學到新鮮的知識，輕鬆又有趣。我們還需要找個時間坐下來，好好閱讀一本書嗎？

2019 泛知識節邀請到了泛科學專欄作者黃貞祥及出版社資深編輯許鈺祥。兩位講者都是清大生科系畢業，但許鈺祥接著離開生科領域，進入出版界。2017年時，許鈺祥想出版科普領域的書，即使現在出版業相對辛苦，仍將黃貞祥拉進了閱讀推廣的活動。在演講中，兩位分別從生理、心理、社會等方面來闡述閱讀科普書有哪些好處。

閱讀能活化我們的大腦

首先，從生理構造方面來看，與其他動物相比，人類的腦部相當獨特。前額葉皮質讓我們能夠理性思辨，擁有邏輯、計算和推衍的能力。但前額葉是需要訓練的。如果不訓練、不做理性思辨，那麼人類大腦其實和黑猩猩是差不多的。閱讀科普書能夠訓練前額葉皮質，靈活運用大自然賦予人類最寶貴的東西，也就是我們的大腦。

書籍是系統化知識的來源

現代人經常使用數位產品，例如手機、平板電腦等，遇到問題只要上網找資料就行，利用搜尋引擎尋找答案，也有不少人在手機上閱讀文章。這種做法可以快速接收訊息，迅速更新知識庫。但黃貞祥提到，過度使用數位產品容易造成注意力不集中的問題，看過的內容一下就忘記了，無法留在腦海。另外還有一個很大的問題就是，網路上的資訊難以避免篇章簡短，知識破碎化、片段化的缺點。

學習一門全新的知識，是非常需要架構的。尤其，科學領域是相當系統化的東西，需要運用很多抽象性思維。當人們學習系統化的知識時，能夠將資訊連接起來，知識的網絡彼此結合、延伸，讓人們可以應用、創新、創造，協助人們解決問題。

而閱讀這個行為，不只訓練專注力，也連結著大腦的理解能力、再表述能力，並且與溝通能力息息相關。可以說，閱讀科普書就像一種大腦的全方位運動。相反地，如果只是片段地閱讀，片段地吸收資訊，會發現這樣的資訊無法應用到別的領域。

針對網路文章，許鈺祥也以編輯的角度補充了一些看法：當一篇文章透過社交軟體或各種媒體平台散播出去後，會產生各種數據。除了最多人在意的點擊率之外，也有其他數據需要分析，例如：讀者點擊進入文章後，平均花費多少時間讀完文章。

數據顯示，讀者實際閱讀文章的時間，與編輯們預設的時間是有落差的。例如說，編輯們預設讀完整篇文章應該費時五分鐘，但實際上，讀者只花了兩分多鐘就看完文章了。

一開始，編輯們推測讀者只看完第一頁，卻不知道還有第二、第三頁。但有了更多數據後，他們認為另一個重要原因在於「標題」──許多讀者被標題吸引，心理上認同這個標題而點進文章。然而，閱讀完第一段後，讀者覺得論點好像跟自己想的一樣，認為自己的看法得到印證，就沒再往下看。

這也是閱讀習性上一個很大的改變。以前讀者買了書，往往是讀完整本書才與人交流、發表意見，討論書的內容是什麼，而不是讀了第一頁，就自認為理解了整本書，以自己的觀點去想像、腦補內容。

這種碎片化也是在推廣閱讀時很重要的難題，如何讓讀者瞭解一個主題不是只有單一面向的是非題，不是拋出問題，就期待一個標準答案。閱讀的重點在於思考的邏輯和辯證的過程。

「讀書」並不是讀了就好，如何提升深度，能夠再表述，對於內容產生疑問和思辨，並因此啓動尋找答案的好奇心，因而繼續閱讀更多的書，這才是最關鍵的。「沒有任何一本書可以回答一個學科領域的所有問題。」許鈺祥說。推廣閱讀的重點即是點燃興趣，引發讀者後續探索的動作。

閱讀可以開闊視野

除了深化思考之外，閱讀的廣度也很重要。讀書可以跳出舒適圈。接觸到自己不曾想像過的領域，打開全新的視界。許多書店排行榜或是編輯選書都具有指引功能，順應當下時事潮流，先挑選出讀者應該有興趣的書，或應該閱讀的書。

黃貞祥指出，根據研究顯示，無論在經濟或世界趨勢方面，廣博型的知識家對於事態的預測能力更強。曾有朋友問黃貞祥，當他做出一篇新的評論時，如果與之前的評論互有矛盾，怎麼辦？黃貞祥表示，他並不會因為改變了看法而覺得有罪惡感或丟臉。

閱讀了新的書籍，因而修正原先的看法，這代表著成長。新的知識帶來新的認知，也對這個複雜的世界有了更全面的理解。「修改信仰並不可恥。」他說。廣泛閱讀，並且不斷更新自己既有的認知，能讓人對世界趨勢有更好的理解和預測。

閱讀能產生心流，讓人開心

除了智識上的好處之外，閱讀也是件快樂的事。「閱讀能產生心流。」黃貞祥說。當人們投注心神，專注進行高技能的活動時，會產生愉悅而幸福的感受。專注閱讀需要思維的探索、連結和創造，是非常容易產生心流的活動之一。

黃貞祥還打趣說，除了閱讀外，編輯一本書也會產生心流，這也是為何編輯們的收入不高，但他們做得很開心 (笑)。

關於這一點，許鈺祥並不否認。他解釋，在出版一本書的漫長過程中，編輯往往是第一個讀者。收到譯者或作者的稿件，編輯首先會沉浸於文字內容，但在此之外，編輯還要跳脫出來，站在讀者的閱讀情境去思考設計，考慮該如何包裝一本書。

當書籍發生錯字、翻譯不理想、圖片缺失等等情況時，就會打斷讀者的閱讀行為。這些細緻的過程都必須由編輯把關，盡可能讓讀者讀得順利、讀得投入。也就是說，編輯不只在閱讀文本時產生心流，同時也要仔細思考製作一本書的各個環節，主動營造讓讀者能夠產生心流的情境。

閱讀能增加人與人間的連結

閱讀不只是個人的、私密的，還能夠分享，增加人與人的連結。當代的科普書越來越傾向將人文性質與科學領域合，例如科學與歷史，科學與親子關係等等。科學的普及化，不光著重在冷硬的知識，也要關注社會面向，更加的「入世」，將科學知識回饋給大眾。這也是科普閱讀推廣中不斷反覆思考的問題：台灣人不讀書，是不是因為沒有做出讀者想讀的書？科學是否應該更加貼近人文與社會？