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「城堡・網路・外骨骼」首部曲 —城堡到底在哪裡?

oeo
・2014/09/12 ・5983字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

Credit: solar.empire via Flickr
Credit: solar.empire via Flickr

城堡,相信對很多人來說,在軍事戰爭、藝術娛樂、科技科學、科幻奇幻、旅遊觀光、歷史地理、文學符號各類層面,都有一種無比魅力與經典地位,深入探究,在心中不免有一份好奇:城堡,到底是文明科技的遺跡,還是野蠻爭鬥的印記?

「沒有經歷荒漠的人,無法真正知道要塞的意義!」

安東尼・聖修伯里在《要塞》一書中如此表述,他更說:「城池是撲向大地的突擊。……城池在我眼裡像是正待揚帆的船隊,城池的真理不再是井然有序和幾何學家的真理,而是人乘風破浪撲向大地的突擊。」筆下的要塞,和其他如寨樓、牆垛、宮殿、堡壘、碉堡……這諸相眾名,都算是「城堡」這豐富之物含混廣義的別稱。而「建築」一詞的原意本就是指「各類技藝之總和」。

城堡作為一種科技體(大住居),它的「演化」受到物質與精神層面的影響,也受到個體(設計)和群體(文化迷因)的決定,歷史上,中式、日式、希臘、羅馬、歐陸、英式、美洲、非洲…都出現了「城堡」,在科技、工程發展上角色顯示出一種水到渠成般地自然,但各處的城堡樣式與結構,卻又如此多元分歧、森羅萬象,更有意思的是,各自獨立發展的科技產品,卻要在同一時代競逐分合甚至「互動攻防」。像是荷蘭的居民型態也與其他各地大不相同。早在1500年,所謂低陸地區(Low Countries,當時也包括比利時)共有兩百多個要塞化城市與一百五十個大型村落[1]。單從德國城堡來看,中世紀城塞的時態與分布。從無數封建統治小區塊發展出來的上萬城堡群。13世紀時,德國建造了多如繁星的軍事城堡「Burg」。其建設時期、數量、分布的實態,都再再反映著當時仍屬於神聖羅馬帝國的德國土地上細分化的政治狀態。隨著中世紀落幕,城塞也走向終點,轉移至城郭、宮殿的時代。如果我們能跨越「空間地圖」一書中所稱「三千年來西方哲學與神學思想中,最為突出的特色之一即是物質與精神徹底分家的二元論」,或許更能體會城堡實實在在是一種東西(物質),卻不只是東西(物質);的的確確是一種科技(體),卻也不只是一種科技(體)。正如十九世紀英國建築師兼理論家August Pugin說:「建築的歷史就是世界的歷史。」……這裡的「世界」,可能同時是物質的,也同時是精神的。

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激賞科技作家安德魯.布蘭姆寫就《網路到底在哪裡?》一書的著作精神,他將我們已經概知「網路」虛擬化的世界,把線路、海底電纜、路由器、數據中心…這些實體存在的網路要素重新搬回我們對「電腦網路」的認知並占應有「真實」的分量,讓「化虛為實」的探究功夫給人們深刻的印象。我也期待將來有一部將城堡「化零為整」、「以靜連動」的完整專作,此篇像是做個拋磚引玉的引言。

Credit: novofotoo via Flickr
Credit: novofotoo via Flickr

「城裡的人,他們必然也在盼望、尋找、期待、保護和培育某種東西。不然他們圍著什麼建築城牆?你若在一口小井四周築護牆,我在護牆外面造一個湖,你的護牆顯得可笑,不攻自破。你若築城牆保護一個祕密,而我的士兵在城牆四周,高聲把你的祕密喊出來,你的城牆不攻自破,裡面空若無物。」人有兩種本質上的傾向是矛盾卻又相長的,一種是分辨解析,一種是囊括統合。即便在奇幻科幻作品中,這兩種傾向也是交疊的,我們喜歡《星際大戰》、《魔戒》這種神話,因為它愛恨情仇,善惡分明(嚴格來說,黑武士和咕嚕在不同時段的角色設定仍是黑白立斷的),激勵人心;我們又喜歡《銀河英雄傳說》、《冰與火之歌》近乎「寫實」的混雜與殘酷,提醒所謂「陣營」(其他像是國家、名份、立場、主義)絕對不是高明的認同投射與主觀期待!而城堡,洽是這種人類內心與文明矛盾之處的經典顯現,它是一種防禦工事,劃分敵我,確立邊界,也是一種鞏固建築,集合居者,擴展領土。從軍寨、牆塔、樓台、城池到宮殿、要塞,各地各時的城堡為何那麼各異其趣?卻又有那麼多驚人的相應之處?現代,城堡真的消失了嗎?上古、中古世紀的城堡想分隔的是我族與外邦,若將電子網路與國界視為城堡的演替,那它分隔的是什麼?更精準嗎?更合情合理嗎?

在池上正太、ORG的《城堡事典》一書中提到「翻開人類的歷史,戰爭乃是無可避免之事。無論喜好與否,人類在漫長的歷史中經歷過許多戰爭,並從中孕育出諸多事物,為歷史、社會、文化帶來了龐大影響。」「城堡亦是自爭鬥的歷史中所衍生出來,且長期發展的一項存在。它運用了當時最先端的建築技術,進而以實戰中所獲得的經驗為基礎,不停延伸、添加新的變化。殘存至今的城堡與要塞遺跡,正是當時人們的智慧與技術結晶,也是戰鬥的記憶。」

Credit: James Gordon via Flickr
Credit: James Gordon via Flickr

城堡會因其時代文化、技術,以及該片土地上的民族之思考模式而改變型態。它們既是從古至今技術沿革上的演變成果,也是迥異文化融合後的產物,例如11世紀末開始的十字軍東征,為歐洲帶來影響,固若金湯的十字軍城堡(如敘利亞的騎士堡),由東西文化接觸發展出的劃時代築城技術變革。大多數的城堡,都是會變化的。以歐洲城堡的發展形式來說,時空向度上大致可分為下列「演化」階段:

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  1. 土壘內庭式(十一世紀前半:英國/諾曼地區):主要為居住於歐洲的諾曼人所建造的古式城堡。由高約6~12公尺的人造土墩,以及圓形前庭構成。建材使用的是木頭。土敦上是領主的宅邸,或作為瞭望塔使用,前庭則設有供堡內居民居住的房子。
  2. 貝形主樓式(十二世紀後半:英國/諾曼地區):土壘內庭式發展而來,但主樓改為石造。
  3. 矩形主樓式(十二世紀:英國/法國):由於主樓建於堡內中央而擁有更強大的防衛機能。…羅馬人建築的城堡對矩形主樓式具有極大影響。
  4. 愛德華式城堡(十三世紀:英國(威爾斯)/歐洲全境):包括愛德華式城堡在內的同心圓式城堡,是十字軍東征後設計出的新型城堡。
  5. 文藝復興式宮殿(十四~十七世紀:歐洲全境):繼承十三世紀後半的文藝復興思想後誕生的建築物。比起用於戰爭的城堡,此類建築作為領主宅邸或政治據點的功能較強。建築物依對稱形式或黃金比例配置。
  6. 要塞(十五世紀:歐洲全境):為了對抗大砲而產生的新型城堡。堡內設施為了不被大砲擊中而設計得十分低矮,城牆也為了吸收衝擊力而用泥土作為基底,並建造得相當厚實。隨著時代進步,出現名為「稜堡」的防衛設施,大多設置目的是用來環視整座城堡,因此蓋成多角型以消除死角,若自上空俯瞰後來的要塞會是美麗的星形。這是法國的天才築城家沃邦所設計的形式,並逐漸發展成軍事要塞。
Credit: Giuseppe Moscato via Flickr
Credit: Giuseppe Moscato via Flickr

上述各式城堡外郭的防衛設施:內庭、望樓、護城河、壕溝、邊門;建築物及結構:主樓、門樓、屠口、升降閘門、塔樓、胸牆、射口、突堞口、吊橋、稜堡…千變萬化,亂中有序,無一不是當時科技能力與人文偏好的巧妙設計與精闢應用,存活下來、繼續流變的更是彰顯其通過實戰與生活需求的嚴苛驗證。

而嚴格來說,城堡規劃與建築模式的變遷並非直線單向式的,像生物演化、雜交一般,它們(規劃與構築模式,非城堡本身)是錯綜交織的「演化譜系」,例如羅馬駐軍城塞演化出卡爾卡松城與拜占庭、阿拉伯式城堡,後者演化出騎士堡,騎士堡又影響卡爾卡松城的構築,而且其本身也屬於土壘內庭堡的演化分支之一,也再演化成卡菲利城堡、倫敦塔、多佛城堡,卡菲利城堡又再演化為波馬利斯城堡、哈雷赫城堡、康威城堡,而卡那封城堡又由土壘內庭堡與康威城堡共同演化而來…。[2]

亞洲,中國的「萬里長城」天下知名,甚至號稱是在「天外」(太空)都頗為搶眼的文明建物。日本城堡的發展形式大致上,由山城(十二世紀)、平山城(十六世紀)、平城(十六世紀)這樣的時序演變,但外觀和內涵又與西方有著截然不同的風格,但不變的,像櫓與防衛設施,如天守、御三階櫓、長屋、隅櫓、渡櫓、柵欄、石垣、射口、落石口…,林林總總,仍不外是當時科技能力與人文偏好的巧妙設計與精闢應用,在日本戰國歷史中,更有著一夜(築)城、以水淹城的古早「科技戰」。

而在「城堡」的演化史中,「稜堡式築城」的出現是一個它在軍事攻防上重要的轉捩點。1453年,歐洲最大城塞屈服於大砲之日—君士坦丁堡淪陷。鄂圖曼帝國攻佔拜占庭帝國。這不但是文化歷史丕變的一刻,其實也是宣告城堡科技必須浴火重生的一幕,因為在攻城砲的破壞力面前,中世紀舊式城堡根本無力抵抗,而為了要以火砲進行反擊而應急構築起的「稜堡」最後卻使築城技術產生重大的轉變,形成了近代要塞。15世紀末,法國的查理八世率領著有組織的優秀大砲部隊入侵了義大利。被攻擊的義大利各城市雖然都有中世紀的高聳城牆保護,不過石造城牆在大砲的壓倒性威力面前卻陸續遭到破壞。以此為契機,火力對於城堡所佔的優勢已告底定,並迫使中世紀的築城技術必須展開變革。稜堡式要塞開始於此登場,由吸收義大利、荷蘭、德國等各先行國家築城理論的法國築城學派領袖:帕干所設計的要塞,他將各國的方式加以改善,並增設了「堡障」以提高完整性。在法國築城名師佛邦(1633~1707)更讓這樣的築城模式達至登峰造極的境界,之後陸陸續續還有斜堤、覆道、集合場的發明。

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Credit: Sigurd Rage via Flickr
Credit: Sigurd Rage via Flickr

1683年,擋住伊斯蘭侵略的近代要塞實力—維也納包圍戰,攻方為鄂圖曼帝國,守方為哈布斯堡帝國。伊斯蘭國家鄂圖曼帝國馬不停蹄地持續往西方侵蝕,連神聖羅馬帝國的帝都維也納也遭到包圍。不過近代要塞卻粉碎了他們的野心,擊退大軍與大砲的要塞時代就此來臨。這段歷史再次讓我們看到科技很少是獨立發展,城堡科技的演變和火砲發明的進化絕對是息息相關的,更重要的,城堡科技從問題、假設、驗證、典範轉移的「大科技」脈絡明顯易見。

就算只談城堡的軍事角色,演化的故事當然仍未言盡,對付稜堡的攻城術:透過擴大壕溝與堡籃系統試圖解決。1525年帕維亞戰役之後,這些壕溝工事,野戰陣地的構築已經升級成強大的要塞,跟要塞城堡幾乎沒有不同。在攻方工事與火力(尤其火炮的改良)不斷提升的壓力下,軍事城堡繼續相應演化,為改善稜堡式要塞的缺點,曾有蒙塔朗貝爾(誕生於法國的德國學派騎兵少將)的垂直要塞的發明。重視火力的築城思想,多層砲台,攻守合一。因應科技文明、攻擊武器、戰爭型態的不斷改變,總體戰時代的國境防禦以及其極限來臨,發展壕溝戰與永久要塞線,著名齊格菲防線、馬其諾防線等城堡的最終登場,期間搭配地下堡壘、升降式砲塔的發明。看似地上龐大顯眼且有實戰價值的軍事「城堡」從人類歷史消失,但「真實」真是如此嗎?

最欣賞寫作「城堡」主題的作家中,安東尼・聖修伯里一定在我的名單上頭,深刻不失親切,溫馨富含哲理。他寫道:「這樣,從要塞最高的那座塔樓的頂部,我發現要惋惜的不是受苦,不是死在上帝的懷抱裡,不是哀悼本身。因為死者得到人們的悼念,要比生者更顯而易見,更有力。我明白了人的憂患,我惋惜的是人。」更說「宮殿的這種布局,其道理是在其中培養人。帝國的習俗、法律與語言,從本身尋找不出它們的意義。我很明白,把石塊砌在一起,創造的是靜默。靜默不是在石頭中可以發現的。我很明白,有了負擔與束縛,使愛情啟動。我很明白那個分解屍體、給骨頭和內臟秤分量的人,什麼事都一竅不通。因為骨頭與內臟本身毫無用處,書籍中的墨水與紙張也是如此。只有書籍帶來的智慧才是一切,而智慧不包含在墨水與紙張中。…神殿都是用同樣的石頭建成的,可以宣揚愛,也可以宣揚恨。」最後,他透過《要塞》書中的主人翁宣告:「要塞,我要把你建造在人的心坎裡!」

「終究,我們會發覺,這個在我們看來是奇蹟之總和的帝國,其實是無盡的、不成形的廢墟,腐敗的壞疽已經蔓延太廣,連我們的王權也無法治療,戰勝敵國只不過讓我們繼承了他們長久以來的百廢待舉,此後,絕望沮喪的時刻變降臨了。只有在馬可波羅的故事裡,忽必烈汗才能在注定傾頹的城牆與高塔裡,辨別出那倖免於白蟻啃噬的細雕花窗飾。」——伊塔羅・卡爾維諾《看不見的城市

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Credit: Dale Musselman via Flickr
Credit: Dale Musselman via Flickr

看著朋友從歐洲旅遊帶回來的「卡爾卡松城」簡介贈書,讓人想起上述這段詩句,會有種想寫下一句:「科學嘲笑歷史!」的衝動。當我構思此篇「城堡」主題時,讀到科學人期刊NO.149的一篇報導:「兩種生活在城市的蜜蜂已經開始利用塑膠碎片築巢。……苜蓿切葉蜂,除了使用一般的的葉子,也會合併使用塑膠購物袋做為築巢材料。而通常會利用植物和樹木的汁液來封住蜂房的風鈴草切葉蜂,也會使用塑膠製品來當做蜂房的材料,有時還會當做蜂房的填塞物。」更讓人激盪出奔放玩味的聯想。城堡的演化錯綜複雜、豐富交疊,但卻是科技內部及其與歷史文化的「巨大整合與展現」,迷因(meme,道金斯《自私的基因》一書所提的文化基因)的具體表現,不若「國邦」、「社群」這類演化那般無形抽象、混雜難解。「看到一堆未經自己努力而成為風景的石子,哪個孩子會歡欣雀躍呢?」也就是說,「城堡」提了許多問題,也給了許多答案!

參考資料

  1. 家的設計史
  2. 戰略戰術兵器事典—歐洲城郭篇

推薦書單

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森林學研究所畢業 曾任台大創發社幹部(臉書社團 "創發社CAIV" 召集人 ) 某屆倪匡科幻獎得主 從事教育工作 科學科幻 自然生態 文藝創意 一切"豐富生命"的愛好者...

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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)。

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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。

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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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解密 Wi-Fi、WLAN、802.11:網路通信的差異與演進
數感實驗室_96
・2024/06/21 ・774字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

在現代社會,如果我們到咖啡廳或其他公共場所,打開筆電坐下來後,通常的第一句話都是「請問這裡有 Wi-Fi 嗎?」。

沒除了 4G、5G 行動通信以外,Wi-Fi 是我們日常生活中常用的上網方式。那麼,Wi-Fi 到底有什麼特點呢?

首先,來解釋一下幾個常見的名詞:Wi-Fi、WLAN、802.11。

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你或許都聽過這些詞,特別是 Wi-Fi,但它們之間有什麼差別呢?

LAN 是 Local Area Network,區域網路的意思。通常指的是像一間網咖這樣的範圍。而 WLAN 就是 Wireless LAN,無線區域網路,這是現在的主流用法。而 802.11,則是專門針對區域網路中無線部分的技術標準。而 Wi-Fi 呢,則可以看作是 802.11 這個技術標準的口語化說法。而 Wi-Fi 的 logo 一黑一白,與太極圖非常相似並非巧合,其 logo 衍生自太極圖,就是想取其相容於任何設備、平台,不管在哪裡都能順利連上網的意象。

有人說 Wi-Fi 在現代已經像空氣、陽光、水和電一樣,成為不可或缺的基本需求。

除了 Wi-Fi 我們還介紹 MIMO 這個關鍵技術,如果對更多技術細節感興趣,或是想聽聽像 Bluetooth 是以國王名字命名的科技小故事,都歡迎在留言告訴我們,期待與你們繼續分享更多有趣的科技知識!

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數感實驗室_96
76 篇文章 ・ 55 位粉絲
數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/

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電磁波全揭秘:了解頻帶、頻寬、頻率和通信技術的基礎知識
數感實驗室_96
・2024/06/13 ・672字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

先前我們介紹了多位為通信科技發展做出貢獻的科學家。現在,我們要深入探討無線通信的技術層面。

無線通信,顧名思義不像傳統的電話或電報那樣需要一條實體的線路來傳遞信號。但這些信號並非憑空傳遞,它們依賴的正是電磁波。

電磁波在現代社會無處不在,從微波爐、手機到基地台,這些設備都會發射電磁波。但其實即使沒有這些科技裝置,電磁波依然存在於我們周圍。什麼意思呢?答案就是:當我們白天走到戶外,看到的光,它其實也是電磁波的一種。

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希望大家掌握了這些電磁波、頻帶、頻寬等基礎知識後,未來在閱讀相關的電信新聞時更加了解他們提到的術語,以及各種縮寫。以後無論是科技發展的動態還是市場新技術,都能更有概念地理解。

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