大自然中的空氣清淨機：氫氧負離子！

本文與 高柏科技 合作，泛科學企劃執行。

當我們談論能擊敗輝達（NVIDIA）、Google、微軟，甚至是 Meta 的存在，究竟是什麼？答案或許並非更強大的 AI，也不是更高速的晶片，而是你看不見、卻能瞬間讓伺服器崩潰的「熱」。

 2024 年底至 2025 年初，搭載 Blackwell 晶片的輝達伺服器接連遭遇過熱危機，傳聞 Meta、Google、微軟的訂單也因此受到影響。儘管輝達已經透過調整機櫃設計來解決問題，但這場「科技 vs. 熱」的對決，才剛剛開始。 

不僅僅是輝達，微軟甚至嘗試將伺服器完全埋入海水中，希望藉由洋流降溫；而更激進的做法，則是直接將伺服器浸泡在冷卻液中，來一場「浸沒式冷卻」的實驗。

但這些方法真的有效嗎？安全嗎？從大型數據中心到你手上的手機，散熱已經成為科技業最棘手的難題。本文將帶各位跟著全球散熱專家 高柏科技，一同看看如何用科學破解這場高溫危機！

運算=發熱？為何電腦必然會發熱？

這並非新問題，1961年物理學家蘭道爾在任職於IBM時，就提出了「蘭道爾原理」（Landauer Principle），他根據熱力學提出，當進行計算或訊息處理時，即便是理論上最有效率的電腦，還是會產生某些形式的能量損耗。因為在計算時只要有訊息流失，系統的熵就會上升，而隨著熵的增加，也會產生熱能。

換句話說，當計算是不可逆的時候，就像產品無法回收再利用，而是進到垃圾場燒掉一樣，會產生許多廢熱。

要解決問題，得用科學方法。在一個系統中，我們通常以「熱設計功耗」（TDP，Thermal Design Power）來衡量電子元件在正常運行條件下產生的熱量。一般來說，TDP 指的是一個處理器或晶片運作時可能會產生的最大熱量，通常以瓦特（W）為單位。也就是說，TDP 應該作為這個系統散熱的最低標準。每個廠商都會公布自家產品的 TDP，例如AMD的CPU 9950X，TDP是170W，GeForce RTX 5090則高達575W，伺服器用的晶片，則可能動輒千瓦以上。

散熱不僅是AI伺服器的問題，電動車、儲能設備、甚至低軌衛星，都需要高效散熱技術，這正是高柏科技的專長。

「導熱介面材料（TIM）」：提升散熱效率的關鍵角色

在電腦世界裡，散熱的關鍵就是把熱量「交給」導熱效率高的材料，而這個角色通常是金屬散熱片。但散熱並不是簡單地把金屬片貼在晶片上就能搞定。

現實中，晶片表面和散熱片之間並不會完美貼合，表面多少會有細微間隙，而這些縫隙如果藏了空氣，就會變成「隔熱層」，阻礙熱傳導。

為了解決這個問題，需要一種關鍵材料，導熱介面材料（TIM，Thermal Interface Material）。它的任務就是填補這些縫隙，讓熱可以更加順暢傳遞出去。可以把TIM想像成散熱高速公路的「匝道」，即使主線有再多車道，如果匝道堵住了，車流還是無法順利進入高速公路。同樣地，如果 TIM 的導熱效果不好，熱量就會卡在晶片與散熱片之間，導致散熱效率下降。

那麼，要怎麼提升 TIM 的效能呢？很直覺的做法是增加導熱金屬粉的比例。目前最常見且穩定的選擇是氧化鋅或氧化鋁，若要更高效的散熱材料，則有氮化鋁、六方氮化硼、立方氮化硼等更高級的選項。

典型的 TIM 是由兩個成分組成：高導熱粉末（如金屬或陶瓷粉末）與聚合物基質。大部分散熱膏的特點是流動性好，盡可能地貼合表面、填補縫隙。但也因為太「軟」了，受熱受力後容易向外「溢流」。或是造成基質和熱源過分接觸，高分子在高溫下發生熱裂解。這也是為什麼有些導熱膏使用一段時間後，會出現乾裂或表面變硬。

為了解決這個問題，高柏科技推出了凝膠狀的「導熱凝膠」，說是凝膠，但感覺起來更像黏土。保留了可塑性、但更有彈性、更像固體。因此不容易被擠壓成超薄，比較不會熱裂解、壽命也比較長。

OK，到這裡，「匝道」的問題解決了，接下來的問題是：這條散熱高速公路該怎麼設計？你會選擇氣冷、水冷，還是更先進的浸沒式散熱呢？

液冷與 3D VC 散熱技術：未來高效散熱方案解析

傳統的散熱方式是透過風扇帶動空氣經過散熱片來移除熱量，也就是所謂的「氣冷」。但單純的氣冷已經達到散熱效率的極限，因此現在的散熱技術有兩大發展方向。

其中一個方向是液冷，熱量在經過 TIM 後進入水冷頭，水冷頭內的不斷流動的液體能迅速帶走熱量。這種散熱方式效率好，且增加的體積不大。唯一需要注意的是，萬一元件損壞，可能會因為漏液而損害其他元件，且系統的成本較高。如果你對成本有顧慮，可以考慮另一種方案，「3D VC」。

3D VC 的原理很像是氣冷加液冷的結合。3D VC 顧名思義，就是把均溫板層層疊起來，變成3D結構。雖然均溫板長得也像是一塊金屬板，原理其實跟散熱片不太一樣。如果看英文原文的「Vapor Chamber」，直接翻譯是「蒸氣腔室」。

在均溫板中，會放入容易汽化的工作流體，當流體在熱源處吸收熱量後就會汽化，當熱量被帶走，汽化的流體會被冷卻成液體並回流。這種利用液體、氣體兩種不同狀態進行熱交換的方法，最大的特點是：導熱速度甚至比金屬的熱傳導還要更快、熱量的分配也更均勻，不會有熱都聚集在入口（熱源處）的情況，能更有效降溫。

整個 3DVC 的設計，是包含垂直的熱導管和水平均溫板的 3D 結構。熱導管和均溫板都是採用氣、液兩向轉換的方式傳遞熱量。導熱管是電梯，能快速把散熱工作帶到每一層。均溫板再接手將所有熱量消化掉。最後當空氣通過 3DVC，就能用最高的效率帶走熱量。3DVC 跟水冷最大的差異是，工作流體移動的過程經過設計，因此不用插電，成本僅有水冷的十分之一。但相對的，因為是被動式散熱，其散熱模組的體積相對水冷會更大。

從 TIM 到 3D VC，高柏科技一直致力於不斷創新，並多次獲得國際專利。為了進一步提升 3D VC 的散熱效率並縮小模組體積，高柏科技開發了6項專利技術，涵蓋系統設計、材料改良及結構技術等方面。經過設計強化後，均溫板不僅保有高導熱性，還增強了結構強度，顯著提升均溫速度及耐用性。

隨著散熱技術不斷進步，有人提出將整個晶片組或伺服器浸泡在冷卻液中的「浸沒式冷卻」技術，將主機板和零件完全泡在不導電的特殊液體中，許多冷卻液會選擇沸點較低的物質，因此就像均溫板一樣，可以透過汽化來吸收掉大量的熱，形成泡泡向上浮，達到快速散熱的效果。

然而，因為水會導電，因此替代方案之一是氟化物。雖然效率差了一些，但至少可以用。然而氟化物的生產或廢棄時，很容易產生全氟/多氟烷基物質 PFAS，這是一種永久污染物，會對環境產生長時間影響。目前各家廠商都還在試驗新的冷卻液，例如礦物油、其他油品，又或是在既有的液體中添加奈米碳管等特殊材質。

另外，把整個主機都泡在液體裡面的散熱邏輯也與原本的方式大相逕庭。如何重新設計液體對流的路線、如何讓氣泡可以順利上浮、甚至是研究氣泡的出現會不會影響元件壽命等等，都還需要時間來驗證。

高柏科技目前已將自家產品提供給各大廠商進行相容性驗證，相信很快就能推出更強大的散熱模組。

編按：現在的生活瞬息萬變，在未來的世代，可能會出現許多你想都沒想過的職業。讓我們與孩子一起發揮想像力，你覺得未來會有什麼樣的職業出現呢？

空氣清潔師：過濾髒空氣就是我的工作！

警報聲響起了，埃米爾馬上換服裝、戴手套、繫好安全帽，登上漂浮滑板，和其他空氣清潔師一起出發。他的工作是利用太陽能吸塵器吸取空氣汙染物，並將這些汙染物經由一條碳管打到地心。

埃米爾一直在新德里的摩天大廈區徘徊，終於要降落地面了，他穿過宛如棉花糖的厚雲層，身旁還有一群正在飛翔的鳥。突然，他好像撞到什麼東西了！

「怎麼會這樣？吸塵器吸入一隻燕子！」埃米爾大叫，連忙確認吸塵器的吸嘴，再確認碳管，可是全部空無一物。

「定位可疑的吸入物。」埃米爾呼叫語音助理，那是他的安全帽所搭載的先進系統。

「吸入物正要抵達大陸，過濾後可以刺激溫室作物生長。多餘的氣體會排入底土，永遠埋在地底，長期下來會轉為岩石。」語音助理回答。

他的面罩顯示互動式地圖，指出那隻燕子的所在位置，距離溫室不遠。「糟了！牠不應該被排進地底！」埃米爾大喊，全速朝著溫室飛去。

埃米爾隨即趕到巨大的玻璃屋，卻頓時沉浸在綠色叢林裡……他沒想到竟然有這麼多植物。他在地上發現彩色羽毛，跟著掉落在樹葉堆的羽毛走去，看見一隻燕子棲息在樹枝上，神情有點呆滯，正在和其他燕子開心聊著天。

「哇，看來還有其他空氣清潔師的吸塵器被燕子闖入！」埃米爾鬆了一口氣，把這些燕子從溫室的天窗放出去。「真沒想到今天會這麼刺激呀！」

小心這些物質！

汙染物在空氣中的濃度可能比正常狀態高，對環境十分不利，下列是大家最熟知的汙染物：

• 懸浮微粒
• 重金屬
• 臭氧
• 二氧化氮
• 苯

汙染從何而來？

空氣汙染主要是人類造成的，但也可能是自然現象。

最近幾十年，人類試圖減少排放汙染，某些歐洲國家大幅降低了部分汙染物在空氣中的濃度，甚至少了一半！但我們還不夠努力，每年仍有無數人因空氣汙染而死亡及生病，目前的數據資料顯示，我們還可以做得更好。

我們可以怎麼做？

減少大氣汙染物絕對是具體可行的目標，雖然要調整生活習慣，但好處多多，對每個人的影響都很深遠。下列有四種有效的解決方法：

• 投資再生能源，例如太陽能和風力
• 少開車，多搭乘公車、捷運等大眾運輸，腳踏車也是不錯的選擇
• 減少農業和工業的廢棄物
• 防止野火

空氣清潔師要有的能力：

○ 解決問題的能力

○ 對環境有興趣

○ 熱愛飆速

○ 不怕暈

○ 熱愛飛行

○ 喜歡乾淨

——本文摘自《拯救地球的工作者》，2022 年 10 月，和平國際出版，未經同意請勿轉載。

本文由 諾康生醫 委託，泛科學企劃執行。

環境中的負離子是怎麼來的？

在大自然環境中，走到森林裡就能感受到被芬多精的沐浴淨化，走到瀑布附近就能感受到空氣特別清新。科學家經過仔細計算，發現在不同的空間裡，每立方公分的空氣中的負離子含量都不同：（由高至低排序為）

1. 天然森林與大瀑布區 約 50,000 ions/cc
2. 高山及海邊 約 5,000 ions/cc
3. 郊外與田野 約 700~1,500 ions/cc
4. 都市公園 約 400~600 ions/cc
5. 街道綠化區 約 100~200 ions/cc
6. 都市住宅區 約 40~80 ions/cc 

※ions/cc 是負離子濃度的單位，指每 1cc 的空氣中含多少個負離子。

但是，這些負離子是怎麼來的呢？以瀑布為例，大量的瀑布水從高處落到低處，擊打到瀑潭周圍的岩石會激起大量的霧狀水花，這些落下飛散的水花（水粒子）與周圍空氣摩擦發生「電荷分離現象」就可能產生大量的負離子。而水分子正是大自然環境中最容易離子化的的分子之一。

這些飄散在空氣中的負離子會吸納空氣中的塵埃、惡臭等細小汙染物，隨後附著到樹木、岩石或溶入到水中，達到淨化空氣的作用，這種大自然的自淨作用又稱為「萊納德效用」。除此之外，在雷雨時大氣分子也會發生「電荷分離現象」，進而產生負離子。

「氫氧負離子」超強淨化力

在我們所處的環境中，空氣充斥著各種細小塵埃、細菌、病毒、黴菌、揮發性有機化合物、花粉、香菸臭味……等，被人體吸入將造成健康損害。

而氫氧負離子能夠淨化各項空汙因子，如香菸臭味、甲硫醇、甲醛等臭氣分子，就連蟎蟲、花粉等等過敏源都能吸附帶走，使得我們呼吸空氣的範圍是清新無害的。就連禽流感病毒、新型流感病毒，黴菌、大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌……等，碰觸到氫氧負離子也會因其氧化並改變結構、進而喪失活性。

若能將「氫氧負離子」帶著走，豈不是很棒的一件事嗎？

除了大自然環境中的負離子之外，市面上也越來越多負離子式空氣清淨機與其他相關功能產品！但是空氣清淨機只能在一定範圍內（空間）使用，若能把「氫氧負離子」裝瓶隨身帶著走，那是不是更便利使用呢？現在科技技術只要將水分子進行電解，就可以辦到！

諾康生醫透過獨家專利技術，將水分子經過專利電解技術，將水分子的其中一個氫鍵切斷，形成獨立的氫氧負離子水溶液；最終製成擁有 192 億兆個氫氧負離子（544ppm）的電解納米離子水。

製造過程中，全程透過物理方法，無須額外添加、不產生化學廢物，不僅對人體友善也做到環境友善。經醫學大學新興病毒感染中心證明，能有效阻擋 AB 型流感、腸病毒、克沙奇病毒。此外，就連大腸桿菌、沙門氏菌，甚至是新冠病毒 Delta 變異株也能抑制！將氫氧負離子裝進你手裡，隨時享受瀑布般的潔淨力！

諾康生醫商品 landing page：
https://www.nanopluslife.com/products/ohtrust-mouth-spray

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「隨手關燈，節能減碳」這是在我們日常生活中，絕對會看見或聽見的標語！在家裡被爸爸媽媽隨時叮嚀、到學校被老師耳提面命、忘記關燈而被罵的記憶肯定不會少。

建立節能好習慣很重要，但我們現在還有哪些跟能源相關的永續行動呢？

台灣的發電來源，主要仰賴燃煤、燃氣等化石燃料，比重高達80%，但提供穩定電量讓人類使用的同時，卻也大量排放二氧化碳及空氣汙染物、加劇氣候變遷，灰濛濛的天空就是最直接的證據。

近年，政府積極推動能源轉型，希望降低對化石燃料的依賴，發展再生能源，尤其是太陽光電和離岸風力發電。

像是今年夏天，家長跟小朋友都很期待的「班班有冷氣」政策，除了讓大家可以舒適上課，也同步規劃「校校會發電」，降低對地球的負擔。

不過大家有發現，學校的發電設備裝在哪裡嗎？

原本烈日長期曝曬，又熱又空的學校頂樓，竟然可以搖身一變，成為設置太陽能板的最佳基地！而當地球最豐沛的資源——陽光，照射到板內的矽晶片時，光子會撞擊電子並產生電流。

這些我們肉眼看不到的次原子粒子，卻悄悄在太陽能板中移動，而且發電的過程不會排放任何溫室氣體，也不會造成空氣汙染，非常不可思議！

也許我們都沒想過，學校可以從原本「電的消費者」變成「電的供給者」，將能源轉型落實在校園中，那麼大家趕快找個時間，去看看自己的學校，有沒有用來發電的太陽能板吧！