想過河？涉水、游泳聽起來太普通，還有哪些浮誇的過河方式？——《這麼做就對了！最ㄎ一ㄤ的生活科學指南》

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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涇渭分明，是個很常用的成語，比喻界限清楚，或是非分明。讓我們先造兩個句看看。

這兩個政黨的主張，可謂涇渭分明，毫無妥協餘地。

他對是非善惡一向涇渭分明，沒人能影響他的看法。

接下來要說明這個成語的出處。《詩經．邶風》有句話：「涇以渭濁，湜湜其沚。」涇、渭是河川的名字。「涇以渭濁」，是說涇河因渭河而渾濁了。「湜湜其沚」，是說形容涇河的清澈。

當清澈的涇河，流入渾濁的渭河，起初清濁分明，形成了一道明顯的界限。這個自然現象，衍生出「涇渭分明」和「涇清渭濁」兩個成語。後者用來比喻人品高下或事物好壞顯而易見，限於篇幅，就不造句了。

那麼為什麼會涇清渭濁，或涇渭分明？在農業沒興起前，大地覆蓋著樹木或草原，河濱草木蔥蘢，這兩條河肯定都很清澈的。到了《詩經》時代，渭河流域已經開發，水土日漸流失，哪還能清澈？這時涇河流域的自然環境還沒破壞，所以河水仍是清澈的。

然而，後來涇河流域也開發了，水也變渾了，甚至比渭河還要渾濁。這是因為涇河全程流經黃土高原，水土流失較渭河流域嚴重。唐代詩人杜甫在〈秋雨嘆〉詩中說：「濁涇清渭何當分」，可見當時涇河已經濯於渭河。

那麼現在呢？由於渭河流域上游環境破壞，加上流失的土壤含有鐵質的關係，渭河的水色變得赤黃。因此涇渭分明仍然存在，但已成為水色一深一淺，而非一清一濁。

從涇河和渭河的水質變化可以看出，水土保持和河川的關係。以我們台灣來說，在清代時，許多河川都可以行船。以章老師居家附近的景美溪來說，清代時船隻可以沿著景美溪一直上溯到石碇。

然而由於集水區植被破壞，河川的水量減少，現今已沒有一條河川可以行船。西部地區除了河川水量變少，大多還遭到污染。當山洪爆發，滾滾泥沙傾瀉而下，往往造成土石流災害。

那麼就沒辦法整治嗎？當然有。只要河川上游限制開發，沖進河裡的泥沙就會減少；下游不再導入污水，水質就會改善。以景美溪來說，如今河水已不再惡臭，除了耐污染的吳郭魚，還有鯉魚、塘蝨等生息呢！不過要恢復到清代那樣，河水豐沛得可以行船，恐怕已不可能了。

• 作者／蘭德爾‧門羅（Randall Munroe）；譯者／黃靜雅
• 在上篇《一樣的月亮，為什麼我們拍的不一樣？——《這麼做就對了！最ㄎ一ㄤ的生活科學指南》》中，介紹了眼睛與照相機的差異，以及視野的寬窄造就不同的結果。延續上篇，接下來談如何拍出特別的自拍照。

廣角自拍

這種使月亮顯得很小的廣角效果，同樣也會影響自拍的效果。

當某人用智慧型手機拍自己的臉時，他們的構圖本能可能會告訴他們把手機拿近一點，近到足以使自己的臉充滿整個鏡頭的絕大部分。但是在那樣的距離（通常比別人看你時站的地方近很多），智慧型手機的廣角鏡頭會產生很不自然的視角。

你的鼻子和臉頰比耳朵和頭部的其他部位更靠近鏡頭，使得鼻子和臉頰看起來比較大，正如在智慧型手機拍攝的照片裡，前景的建築物看起來比月亮大。這種「失真」（distortion）會使臉孔看起來和預期的樣子不太一樣。

為了減少這種效果，請將手機拿遠一點再變焦放大，可以在拍照時用相機的應用程式放大，或是拍完後再放大裁剪。

手機應該要拿多遠呢？為了盡量減少鏡頭裡多個物體之間的透視失真（perspective distortion），你和手機的距離，應該遠大於「手機與臉部最遠的距離」減去「手機與臉部最近的距離」。

手機到臉部最近和最遠的五官的距離，兩者之間的差距可能不到 30 公分。也就是說，臉部的失真程度，端看你是把相機拿在離臉部正常的距離，還是手臂長長的伸出去。

將相機拿在離臉部 150 至 180 公分遠的地方，幾乎可以完全消除這種失真的現象，但是我們的手臂不夠長，這多少有助於解釋自拍桿的大受歡迎。

試試不同的視野，拍出更酷的自拍照

透視失真可能會改變臉部五官的相對大小，但還有另一種方法也會影響你的照片，這種方法可能會帶來各種前所未見的自拍照。

當使用變焦放大時，會改變背景物體的外觀大小。如果你站在距離很遠的大型物體前面（例如一座山），照相機的變焦對於「山看起來有多大」可能有顯著的影響。

如果你設定好照相機的計時器，然後走到離照相機很遠的地方，就能把一座很小的山拍得看起來像是巨山一樣。

月亮自拍照

智慧型手機鏡頭的變焦範圍有限，但是如果你的照相機具有功能強大的望遠變焦鏡頭，便可拍攝一些非常有趣的自拍照。你甚至可以重現那些「月亮在天際線後方」的照片，不過是利用你自己的身體來拍，而不是建築物。

我們可以利用幾何學來計算，照相機需要離你多遠，才能拍出「月亮在你的後方當背景」的照片。

這個算式告訴我們，照相機要離你大約 183 公尺遠，才能拍出「月亮自拍照」。

既然沒有人製造 183 公尺長的自拍桿，你可能要將照相機裝設在某種三腳架上，再用遙控的方式按快門。

像這樣的照片，要對準鏡頭可能會很麻煩；你需要找到一塊區域，有很高的地方可以站，而且在你與月亮之間要有長長的、一覽無遺的視野。月亮移動迅速，所以等到一切都對準了，你只有一小段空檔可以拍照，差不多 30 秒而已。只要短短兩分鐘出頭，月亮就會完全移出視線。

利用適當的濾鏡（如果你非常謹慎），你甚至可以拍攝類似的太陽自拍照。這樣可能會損壞照相機，所以在你嘗試拍攝之前，請先諮詢當地的天文俱樂部或攝影器材店。

如果貿然行事，你很有可能會讓照相機著火。當你用照相機對準太陽時，絕對不要透過光學取景器觀看。你的眼睛和照相機也許功能不太一樣，但是都一樣很容易燒出破洞。（編按：危險動作，請勿模仿！）

——本文摘自泛科學 2020 年 2 月選書《這麼做就對了！：最ㄎ一ㄤ的生活科學指南》，2020 年 1 月，天下文化。