「整個小鎮，就是我的實驗室」 — 工研院「區域型智慧旅遊服務實驗基地」

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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本文由 交通部鐵道局 委託，泛科學企劃執行。

悠遊卡「嗶」一下上公車、 eTag 不需等待就能收取高速公路通行費、防疫期間進出公共場所「掃」一下完成實聯制登記，甚至買完高鐵車票後還能用手機取得專屬 QR CODE 快速通關！隨著科技進步和智慧型手機的興起，人們開始以電子票證取代傳統紙本票卷，只要一支手機或是一張卡就能到達任何你想去的地方。

臺灣目前常用的電子票證主要有兩大類，高鐵、台鐵 APP 訂票取票後的專屬 QR CODE ，和使用無線射頻辨識 RFID 的感應交通票卡（像是悠遊卡、一卡通），究竟這兩種方便又快速的電子票證技術是怎麼運作的呢？ 

「掃」出資訊海—— QR CODE

QR 為 Quick Response 的縮寫，最早在 1994 年，由日本汽車零件業者 Denso Wave 的技術室長原昌宏發明，他認為一維條碼能夠包含的資訊量太少，一件產品都要印上數十個條碼才足以應付需求，對當時追求商品小型化的日本很不方便。原昌宏的團隊便將兩個一維條碼疊加在一起，讓 X 軸、 Y 軸都帶有訊息，進化成二維條碼，不只可以更快速追蹤產線上的產品， QR CODE 還有多角度辨識、容錯能力高等優點。

QR CODE 三大優點：高存量、高容錯、易辨識

QR CODE 呈現正方形黑白兩色，每一格黑白格子都是一個位元，黑色方格代表 1 ，白色方格代表 0 ，掃碼時機器只要判斷反光與否，就能將黑白圖像轉換為二進位數、數字、字母、日語假名等訊息組合，經過轉譯後就能代表一串代碼、一句話或是一個網址。 QR Code 發展至今一共有 40 種版本，以結構、尺寸和校正標記位置區分，每一種版本的儲存密度都不完全相同，最大的版本 40 為 177×177 模組，可容納高達7089字元。

在 QR CODE 的 3 個角落有像「回」字的正方圖案是幫助解碼軟體定位的座標，以鮮少出現在印刷品的特殊比例 1：1：3：1：1 作為定位標記，只要掃描裝置偵測到這個特殊比例就能算出條碼位置，使用者不需像傳統一維條碼一樣必須精確對準條碼才掃得到， QR CODE 以任何角度掃描都能正確讀取資料，加速識別作業。

除了中規中矩的黑白 QR CODE， 你一定也有看過插入商標或是特殊形狀的二維條碼，為什麼缺了一角的 QR CODE 還能掃描的到呢？因為 QR CODE 有很高的容錯能力，當某部分資訊缺失的時候，解碼系統會透過里德-所羅門碼（Reed-solomon codes）的原理自動填補缺失的部分，讓整體資訊依然可以完整辨識，容忍錯誤發生。 QR Code 的容錯能力分為 4 個等級，條碼圖形面積愈大就能分割出更細緻的里德 – 所羅門碼區塊，避免單一區塊「猜」太多密碼，容錯等級最高甚至可修正 30 %的缺失條碼。

QR Code 的快速掃描和容錯能力，能夠廣泛地運用在產品追蹤、物品識別和文件管理方面，使識別作業更便捷，「車票」也是其中之一！高鐵發售的每張電子票證都含有一個獨一無二的 QR Code ，經過閘門條碼感應區解碼就可以直接通關，享受快速方便又環保的乘車體驗！

「嗶」一下，扣款成功—— RFID

RFID (Radio Frequency IDentification) 全名為無線射頻辨識，是透過無線電訊號識別特定目標並讀取相關數據的無線通訊技術，我們日常所用的各式電子票卡多半都使用這種技術，或是其衍伸用於智慧型手機的感應式電子票證 NFC（Near-field communication，近距離無線通訊）。

RFID 最早出現在第二次世界大戰時期同盟國和德軍的敵友識別系統（Identification Friend or Foe，IFF）。以應答機（Transponder）偵聽詢問信號，然後回覆識別暗號，軍隊以此技術識別飛機、車輛或友軍部隊，並確定受詢問方的方位和距離。儘管當時 RFID 已被廣泛使用於軍事、航空用途，人們日常生活還是很難接觸到 RFID ，直到 2003 年美國最大零售商 Walmart 宣布他們的前 100 家供應商將被要求在所有進貨的貨箱和托盤上貼上 RFID 標籤以減少盤點貨物的時間，其他企業、零售商紛紛開始效法，使 RFID 頓時成為商品管理的新模式。RFID 發展至今，包括日常使用的悠遊卡、門禁卡、商品防盜標籤和寵物晶片，都是使用 RFID 的技術。

你是否曾疑惑：悠遊卡沒電池，為何能付款或是傳送資訊？

我們常用的電子票卡多半屬於無電源的被動式標籤，利用感應器（Reader，像是公車讀卡機）發送特定頻率的電磁訊號，當訊號夠強時，就會觸發感應範圍內的 RFID 標籤（Tag），RFID 標籤內部為電路板和天線的組合，標籤接收電磁波後會藉由電磁感應產生電流，供應 RFID 標籤上的晶片運作並發出電磁波將特定編碼回應給感應器。感應器若成功解碼，則回傳主機（Host）請求驗證資料再給予回應。RFID 系統以「辨識」為主要功能，接收到「有效回應」才算驗證成功，就像拿悠遊卡靠近公車讀卡機可以扣款，而你的公司門禁卡不行，是因為讀卡機無法解開公司門禁卡回傳的編碼，無法驗證有效性就會顯示扣款失敗。

相對於傳統條碼， RFID 標籤帶有遠距離讀寫、具穿透性、可同時讀取多個標籤和重複利用等優勢。透過調整感應器發送的電磁波頻率，來選擇觸發特定頻帶的標籤和控制讀取範圍：像是悠遊卡、一卡通是 13.56MHz 的高頻帶（HF）標籤，感應器可讀取在 1 公尺以內的 RFID 條碼；高速公路 eTag則是採用特高頻帶（UHF）標籤，不僅可讀取範圍增加到 5 ～ 10 公尺，還能同時讀取 1000 個RFID 條碼，就算中間有其他物質阻擋（像是卡片放在錢包裡、颱風天上高速公路），RFID一樣都可以讀取。

RFID 標籤最大的優勢其實是重複利用，過往的條碼都是一對一的組合，只要印刷上去就無法更改，使用過後必須報廢，而 RFID 可以更新電路板內儲存的資料，讓同樣一個標籤衍生出不同的編碼，拓展用途。當然這也代表有心人士可以串改標籤中的資料，因此大多數電子票卡會多加一層密鑰保護內部資料。除此之外，由於 RFID 標籤無須直接與感應器接觸，使用者也有可能在不知情的情況下被他人讀取標籤內儲存的資訊，構成安全隱憂。

目前，高鐵除了能用「T Express」APP 訂位立即取得專屬 QR CODE 快速通關，也開放悠遊聯名卡或一卡通聯名卡這兩款 RFID 電子票證來搭乘自由座喔！

參考資料：

1. Denso Wave
2. Wikipedia – QR CODE
3. Cool3C – QR Code發展與歷史介紹：運作原理、特色、編碼結構分析
4. 台灣高鐵
5. Wikipedia – Radio-frequency identification
6. YouTube – What is RFID? How RFID works? RFID Explained in Detail
7. Walmart and RFID: The Relationship That put RFID on the Map

• 文／雞湯來了 蕭子喬
  校稿／雞湯來了 陳世芃、張芷晴
  製圖／雞湯來了 黃珮甄
  編輯／雞湯來了 蕭子喬

長大後 我們的存在像塵埃
我們的距離被拉開
有時相處很難 想很多 話很短
－＜小時候＞蘇打綠

你也有一個話越說越少的爸爸嗎？小時候或許會和爸爸一起玩耍，但長大了，和爸爸之間反而不知道要說什麼了？其實，這的確是許多「父子」的共通樣貌，台灣研究發現，因為「文化」和「家人互動習慣」，造成了父子之間常見的「兩道牆」。

無話可說的父子關係，無奈的常態

他不會主動跟我聊天，我也不大會找他聊天，說真的也不知道要跟他說什麼……

我有一些話比較會跟媽媽聊，但是比較不會跟爸爸聊……不知道要說什麼……每天就講……幾句吧，有時候一天也說不到一句話。

台灣學者深入訪談 5 位 20-30 歲的男性上班族「和爸爸相處」的狀況，發現「淡然、無話可說、不知道從何聊起」是成年父子關係的常態，父子之間的互動少之又少，與母親的互動相較多於父親。

特別的是，多數成年男子面對這樣缺乏交集、稍嫌尷尬的狀態，雖然無奈卻覺得理所當然！甚至有受訪者說「這樣很正常呀，有話說才很奇怪吧……我爸跟我阿公也是這樣呀……」

由此可知，雖然無奈，但或許是代代相傳、不知不覺的習慣養成，嚴父、缺乏溫情交流的父子關係，成了眾多男性長大以後自然的常態。（延伸閱讀：經驗複製？家庭如何影響一個人？）

為何無話可說？父子之間隱形的兩道牆

他是傳統的那種男人，有點權威又很大男人主義，所以對家裡小孩還滿嚴厲的，尤其是對我，也不知道是不是因為我是兒子的關係。

吃飯的時候我爸明明也在，但我媽都叫我或我姐去叫我阿公，兩個（祖父與爸爸）就算坐在一起看電視，也沒講過什麼話……

究竟，為什麼無話可說會成為父子關係的常態？該研究學者進一步剖析這群受訪者對家庭互動的解讀，發現父子之間常隔著「兩道牆」：

• 一道主要是「父權文化」之下，期待爸爸扮演權威性的角色，男性陽剛、不表露情感
• 另一道是「家人互動習慣」，父子間常透過家中第三者（尤其是母親）溝通，可能有意無意中阻礙了父子直接的互動機會。

因為文化對於性別角色的期待框架，使得許多爸爸展現了權威，卻沒機會表達愛；家裡的情感性角色任務都給了女性，父子之間沒有機會溫情交流。

由理解而和解，現在開始做自己喜歡的「兒子／爸爸」

或許，現在與爸爸的關係有點無奈、尷尬，但我們可以回首過往、留住記憶中曾經的美好，理解文化對爸爸或家人的影響，並從自身開始，做個讓自己感到自在、喜歡的「兒子／爸爸」。可以嘗試以下 3 面向的練習：

1.  回首兒時美好

研究發現多數父子關係並非一開始就疏遠，兒時階段多有親密、甚至彼此還能像兄弟一樣嬉鬧。那些曾經的父子情感不曾消失，只是太久沒被展現出來了，別忘了相信過去那些愛「都是真的」。
詳細請見：原來爸爸的愛這麼多種！看我家「爹地」的類型

2. 理解文化成因

看見父子之間因為父權文化、過往習慣而形成無形的「兩道牆」，理解爸媽因為文化和過往經驗的不得已、不知不覺。
相關推薦：百善孝為先？爸媽的「孝順」可能和我想的不一樣

3. 自己開始改變

研究發現許多人即便不急著改變自己和父親的互動狀態，但多數期望自己當爸爸時，能有「朋友般」的互動關係。或許我們正是夾在過去文化規範與力求改變之間的一代，將自己定位成自己喜歡的樣子吧！
詳細請見：重新理解我的家庭故事，找一條和解之道

這時候 我們的心變得柔軟
放下了父子的身段
知道時間太晚 不要躲 不要散
－＜小時候＞蘇打綠

• 相關推薦：看見爸爸的內心戲

參考資料

• 陳韻如（2011）。未婚成年男性眼中父子關係之現象詮釋。家庭教育與諮商學刊，11，51-76。

本文與雞湯來了同步刊登，原文連結：父子間隱形的兩道牆：成年男性該如何與父親相處？