研究所這條路，我還沒走完

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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• 作者 / 詹姆斯．舒茲曼（James Suzman）
• 譯者 / 葉品岑

對懷抱滿腔熱血報導戰區生死的一小群報社特約記者與獨立記者而言，遭流彈擊中、被戴著巴拉克拉瓦頭套大吼大叫的人綁架，或是被炸得血肉模糊的風險，都是工作的一部分。至於那些致力於揭露（或掩埋）權勢者骯髒祕密的記者、直搗犯罪組織黑暗核心的記者，或是傳播意圖挑釁、擾亂和冒犯之觀點的記者，也都接受他們的工作可能使自己受到傷害。

但對多數人而言，新聞業應該是個安全的職業。舉例來說，記者不會預期在報導交通壅塞、金融市場起伏的過程中殉職，也不覺得評論最新技術裝置和時尚趨勢，或者記錄形塑市府微觀政治的沉悶鬥爭，會對自己造成生命威脅。

不幸的是，發生在日本公共媒體 NHK 的記者佐戶未和身上的事和期待不符。佐戶負責地方政府線的新聞，二〇一三年七月二十四日在報導東京都選舉的工作中死亡。她的遺體被人發現時，手裡還握著手機。

醫生很快確定佐戶的死因為心臟衰竭。但經過日本厚生勞動省的調查後，官方將她的死因改為「過勞死」。在去世的前一個月，佐戶在正式紀錄中的加班時數為一百五十九小時。這令人筋疲力盡的工時，相當於連續四個星期的每個工作日都上了兩輪完整的八小時班。可想而知，非正式的加班時數大概還要更多。在佐戶去世後的幾週內，痛失愛女的父親查閱她的手機與電腦紀錄，計算她在去世前的一個月至少加班了二百零九小時。

在佐戶未和猝死的那年，還有許多類似的死亡通報。日本厚生勞動省正式承認，有兩種類型的死亡為工作過度的直接後果。「過勞死」是指由於疲勞、睡眠不足、營養不良和缺乏運動引起的心臟疾病導致的，佐戶的情況就屬於這類。另一方面，「過勞自殺」是指員工因工作過度導致的精神壓力，選擇走上自殺一途。

同年年底，厚生勞動省證實，二〇一三年有一百九十人死於過勞死或過勞自殺，前者與後者的比例為二比一，這與前十年的年均數字大致相符。然而，日本厚生勞動省向來只在特殊情況下宣布某人的死因為過勞死或過勞自殺，也就是只在能夠毫無疑問地證明死者的加班時數已遠遠超過了合理限度，同時也沒有其他值得一提的致死因素（如嚴重高血壓），才會這麼做。

因此有些人認為，政府不願意承認問題的實際規模，譬如日本眾多反過勞死組織之一「過勞死辯護團全國連絡會議」的祕書長川人博就持此立場。他認為，過勞死的實際數字比政府願意承認的高出十倍。不意外的是，日本因過度工作導致嚴重精神失調或健康失調的人數，也被認為比官方實際承認的高出好幾十倍，而且因工作當下過於疲累造成職場意外事故的數字亦然。

一九六九年，日本某大報貨運部有一名二十九歲職員，在令人聞之心痛地超時加班後，於辦公桌前倒地身亡，成為官方承認的第一例過勞死。隨著越來越多的死亡案例被直接歸咎於過度工作，「過勞死」這個詞很快進到大眾詞彙，進而逐漸成為日本國內的重要話題。

在日本，與工作相關的疾病的詞彙越來越多。在這越來越豐富的詞彙庫裡，最引人注目的一個是「經理病」，它被用來描述中階主管在面對職場升遷、辜負團隊期待、讓自己和家人蒙羞，乃至更糟糕的讓老闆失望、拖累公司等情況時，所感受到的巨大壓力。但經理病的問題只會影響白領階級，反觀過勞死則是無差別攻擊的殺手，無論是藍領勞工，還是經理、教師、醫療工作者、企業執行長，都同樣可能遭殃。

在東亞，過勞絕非僅見於日本一國的現象。在其他東亞國家，也有許多壓力過大的員工一邊在工作崗位匆忙吃午飯，一邊思忖過勞的潛在致命後果。每年平均比英國人或澳洲人多工作四百小時的南韓人，也採用日文單詞「過勞死」的韓文說法來描述同一個現象。

中國的情況也是如此。自一九七九年戒慎恐懼地擁抱「國家資本主義」以來，中國的經濟以驚人速度增長，大約每八年成長一倍。儘管科技發揮了重要作用，紀律嚴明且價格低廉的勞動力吸引全球企業的製造業務進駐中國，一直是中國經濟成長背後的動力，也將中國變成世上最大製造業生產國和出口國。但經濟成長帶來出人意料的後果，包括因工作過度而死亡的人數激增。二〇一六年，通常只在分享好消息時灌水的國家官媒中央電視臺宣布，每年有超過五十萬的中國公民死於過勞。

——本文摘自《為工作而活》/ 詹姆斯．舒茲曼，2021 年 11 月，八旗文化。

現代的科學研究不能自己關起門來，要把結果寫成論文發表；而公開發表的論文，可以再被引用。發表與引用，構成現代科學體系的基礎。

同樣研究科學，不同科學家被引用的數量卻明顯不同，但是具體狀況不容易釐清。一項研究指出，被引用數最多的前 1% 科學家，占總引用數的比例，高達 21%。

論文被引用數，前 1% 精英占 21%

如今每年新發表的論文超過一千萬篇，分析發表與引用行為很不容易。這項研究由科睿唯安 (Clarivate) 公司的資料庫「Web of Science」（簡稱 WoS）取材，分析從公元 2000 年開始到 2015 年，約 400 萬位作者的 2600 萬篇論文，探討引用狀況。

最近幾年新發表的論文，由於累積時間太短，不適合和 10 年前發表的論文相比，因此被比較的年份只到 2015 年為止。考量到資料可靠度，只有發表過 5 篇以上論文的作者，才被納入分析。

所有作者的前 1% 可謂「精英」。分析結果是，

2000 年那時，精英占所有引用的比例為 14%，接著逐漸上升，到 2015 年時提高為 21%。

上升的趨勢在 2010 年之後大幅提升，也就是說少數精英，獲得更高比例的引用。依照不同領域拆開分析，導致明顯增加的似乎只限於物理和天文，扣掉這兩個領域，其他領域算是緩緩提高。

物理和天文精英，從十年前開始存在感大幅增加。有個可能原因是，那時候起有些大規模合作計畫的論文發表，像是大型強子對撞機。這類論文發表後被極大量引用，也讓參與計畫的論文作者們存在感大增。

由一系列分析推論，15 年來科學界整體合作的程度持續增加，少數精英被引用的比例也持續提高。

被引用的前 1% 精英，多數任職於美國和英國的名牌單位，例如美國的哈佛大學、史丹佛大學；但是和 15 年前相比，美、英微幅下跌。相對地，西歐和澳洲增加較多，如荷蘭的萊登大學、澳洲的墨爾本大學。

值得注意「學術財富」不均的影響

有件事值得注意。這項研究只考慮發表超過 5 篇論文的作者，也就是說，只有 1 到 4 篇論文，博士畢業後便離開學術界，投入智庫、政府單位、產業界等其他行業的研究者會被忽略。

目前學術發表體系中，上述人士應該也有不少貢獻；具體而言，WoS 資料庫中高達 70% 作者的發表數未滿 5 篇，所以被這回的研究排除。很多人各自發表少數論文，忽略他們，會使得引用看起來更加集中在，極少數精英中的精英。

一個社會的大部分財富，集中在少數人身上是正常的，但是如果集中的趨勢大幅增加，加深貧富差距，往往會衍生出一些問題。

論文的被引用數，可謂科學家創造的「學術財富」，學術財富集中於少數人的趨勢不斷增加之下，會對科學研究造成危害嗎？

不知道。根據已知資訊，少數人不成比例地獲得大量引用，而且持續增加，是確定的事實。此一趨勢將帶來哪些負面、正面結果，或是沒什麼影響，將是值得關注的問題。

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參考資料

1. Global citation inequality is on the rise
2. ‘Elite’ researchers dominate citation space

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。