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科技面料的禦寒創新,讓戶外探險者能從容無畏面對極端天氣

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/10/19 ・2879字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 The North Face 委託,泛科學企劃執行。

一到冬季不只寒風冷洌,偶而還夾帶著陰雨、雪水,不只平地氣溫低,如果再遇上寒流溫度下探至十度以下更是常見,高山上溫度更有可能降至零下幾度。在原本就低溫的高山環境下,保持身體乾燥以及隔絕強風的吹襲,保暖與舒適便成了事戶外運動者最要緊的事。

面對如此極端寒冷的環境,探險者要如何做好保暖措施又穿得輕巧能活動自如呢?那就要借重一些具發熱與鎖熱、防水透氣、速乾排汗、特殊織法、等特殊機能性服裝,像是發熱衣、羊毛內層保暖衣、羽絨外套等,從認識面料材質、編織方式到了解保暖機制運作原理,再加上掌握穿搭順序,便能為探險者提供最佳防護。

冬季戶外活動首重保暖避免失溫

冬季從事戶外探索活動高山登山、滑雪,不可輕忽會造成失溫的兩個致命性環境因素:風、雨雪。高山上強勁的風速會加速帶走體表溫度;潮溼也會降低體表溫度迅速散失熱量造成失溫。因此,保持身體的乾燥是避免失溫的第一步。

再則,可藉由禦寒衣物的保暖、防風機能維持住體溫。人類屬於為恆溫動物,正常的體溫約在 36 度- 37 度,主要依靠腦幹中的下視丘中的體溫調節中樞來維持人體溫度的恆定。比如在低溫環境下,血管收縮、汗毛豎起來、顫抖等生理機制來減少和隔絕熱量散失,讓身體產熱。這是人體對外部環境溫度降低的自然反應,但卻容易引起身體的不適,特別是冬季氣溫急遽下降時。

因此,當氣溫變化大時,穿上禦寒衣物的發熱鎖熱「外加」的保暖措施對體溫恆定調節機制非常重要,可避免人體對外部低溫環境的過度反應,降低暴露在危險環境中的風險。

嚴寒氣溫下的保暖防寒對策

究竟冬季從事高山登山、滑雪活動時的保暖機能衣該怎麼選擇?保暖對策該怎麼做?既不會造成身體行動的防礙和背包的負擔。

不妨從認識科技面料材質、保暖機制運作原理開始。像是近幾年很受歡迎的冬季單品—發熱衣,使用高效率的吸濕發熱纖維素材為基礎再進行後處理加工;也有不少商品是使用中空纖維素材來製作,像是 TNF DotKnit™ 雙面針織內層衣料,利用特製紗線,主動吸收皮膚中的水分並將其導出到外部,維持肌膚乾爽。

或是利用創新的編織方式來達到保暖效果,比如 Ventrix™ 透氣隔熱彈性材質上的孔洞,運動時孔洞因身體伸展拉大增加透氣度,在靜態休息時孔洞回復原來大小維持該有的暖度;又比如 Dryvent™ 高品質防水透氣材質,特殊的 PU 防水塗層面料,內裡與網格狀裡布複合而成,能提供最大程度的保護、舒適度。

而戶外領導品牌 The North Face 也推出了令人驚豔的 FUTURELIGHT™ 透氣防水科技,通過奈米紡紗工藝的創新應用,在衣服面料上創造出奈米大小的孔洞,FUTURELIGHT™ 科技能增加服裝透氣性,能讓空氣更容易穿過衣服,協助排出濕氣卻不會損失防水性和耐久性。另外在品牌最新的 Summit 系列服飾的最頂級羽絨外套中,提供 CloudDown 不規則羽絨填充結構,以 800 蓬鬆度羽絨填充,提供絕佳保暖性同時方便打包。

此外,一些保暖且舒適的小技巧和原則也不能忽視:所有的保暖從頭開始,戴帽子,遮陽㡌與毛帽,在還沒有感覺到冷之前最好就能戴上載好。穿上具備防水、排汗材質的衣物保持身體乾爽,防止外部潮溼水氣進入,也防止身體因運動產生的汗水浸溼衣物。穿上防風的外套,保暖防止體溫流失。空氣是優良的熱絕緣體,加上人體發熱,因此形成滯留的熱空氣層,穿上防風的外套來隔絕外界的冷空氣以獲得保暖效果。

頭部、身體都暖和了,腳也不能忽略,記得多帶一雙睡覺用的厚毛襪。厚毛襪、內層中層保暖衣、睡袋三者利用空氣絕熱為基礎形成的保暖機制,能讓戶外探險者在夜間睡眠時獲得足夠的暖度。

分層穿搭調節穿著的保暖度和舒適度

選對保暖機能衣材質是做好保暖防護的第一步。接下來就是利用分層穿搭(layering wear)直白的說法「洋蔥式」疊穿技巧。這種久經考驗屢試不爽的策略,可以根據運動類型、運動量、海拔高度或天氣變化等外在環境條件,來調節穿著的保暖度和舒適度。

那什麼是分層穿搭?疊穿原則要怎麼運用到服裝的選購和準備上,下面將一一拆解說明:

  • 內層,最貼近身體肌膚:

機能需求:透氣、速乾。
服裝類型:排汗速乾內層衣、羊毛內層保暖衣
材質選擇:具有排汗、速乾和透氣舒適的布料。例如:TNF DotKnit™ 高性能服飾內層衣料,特製紗線與雙面針織手法,吸濕排濕肌膚不積聚汗水持續保持乾爽。

  • 中層,做為內層衣與最外層機能衣的保暖中介層:

機能需求:輕量、保暖、透氣、速乾
服裝類型:軟殻衣、軟殻外套、輕型羽絨外套
材質選擇:具有透氣隔熱鎖熱控溫的柔軟面料,保暖輕量不厚重。例如:FutureFleece™ 採用柔韌毛圈全環織物優化了重量和溫控性能,可以提供全天候的溫暖舒適。又例如:50/50Down 有別於以往全身的羽絨填充,50% 的填充面積,利用管狀羽絨填充與透氣面料交錯的結構設計,靈活輕巧,在高強度運動時提供透氣與保暖。

  • 外層,做為空氣隔絕層與多重機能的防護層:

機能需求:防風、防水、防刮、輕量、保暖、透氣
服裝類型:機能外套、羽絨外套
材質選擇:羽絨填充、防水透氣面料,利用空氣絕熱為基礎的被動式保暖材質。例如:CloudDown 不規則羽絨填充結構,讓穿著者能夠在運動量較小或是靜態時加倍保暖。又例如:FUTURELIGHT™ 奈米結構奈米纖維防水透氣布料,在防水膜上增加透氣性,能獲得更好的透氣性,防水透氣兼備保持身體舒適乾爽,讓探索者無懼高山風雨。

一張含有 服飾, 外套 的圖片

自動產生的描述

冬天爬山或賞雪要穿多少才夠保暖?這沒有一個絕對的答案,因為每個人對體感溫度的感受不同。

而且戶外運動的激烈程度、地理條件也不同,還是要依據自身需求去調整選擇。以現代科技面料的創新技術,在材質選擇上更多元也更能滿足高功能性的需求,讓戶外探險者能從容無畏面對極端天氣。掌握好疊穿技巧與材質選擇原則,透過正確的分層搭配,妥善管理熱氣與水份,就能進而提高舒適度和活動表現。

參考資料:

人體調溫機制和外部溫差變化的關係

不只美觀,功能更重要–機能性布料

科技布料

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

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,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
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 / 圖片來源:envato

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。

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)」 / 圖片授權:Shutterstock

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。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

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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