Ar žinote, kas yra švarusis kambarys?  (0)

Jeigu domitės fizika, neabejotinai bus įdomu, kaip atliekami įvairūs šiuolaikiniai moksliniai ir inžinieriniai tyrimai. Jiems reikia ne tik specialių žinių, įgūdžių ir brangios aparatūros, bet ir specialių patalpų. Kadangi Lietuvoje fizikos ir nanotechnologijų pramonė vystosi labai sparčiai, KTU universitetas kartu su tarptautiniais partneriais įkūrė specialią laboratoriją tokiems tyrimams vykdyti. Ši laboratorija vadinama „Švariuoju kambariu“. Kas tai yra, žurnale „Mokslas ir technika“ 2013 metų spalio mėnesį pasakojo Sigitas Tamulevičius, Kauno technologijos universiteto Medžiagų, mokslo instituto direktorius - kviečiame paskaityti!

Daugeliui mikro- ir nanotechnologijų operacijų reikalinga griežtai kontroliuojamų fizikinių parametrų aplinka, t. y. švarus oras, pastovi drėgmė ir temperatūra. Šiuolaikinėms aukštosioms technologijoms reikia ypač modernios įrangos, o aplinkai taip pat keliami itin griežti reikalavimai. Dirbant su mikro - ir nanoobjektais ir struktūromis svarbūs ne tik visiems suprantami aplinkos parametrai - temperatūra, slėgis, drėgmė - bet ir įvairių dalelių (dulkių, mikrobų ar aerozolių) koncentracija aplinkoje. Dulkele, kurios dydis gali būti nuo kelių dešimtųjų iki kelių mikrometrų dydžio (palyginimui - plauko storis yra apie 80 mikrometrų), nusėdusi ant darbinio paviršiaus gali sugadinti ištisą nanoobjektų masyvą ar pakeisti paviršiaus savybes. Griežtai kontroliuojamas sąlygas galima užtikrinti ribotos erdvės tūryje, tam naudojant įvairios konstrukcijos traukos spintas, arba patalpoje - didelėje erdvėje, kurioje žmogus gali judėti ir atlikti visas reikalingas technologines operacijas. Taigi švariuoju kambariu įprasta vadinti uždarą erdvę, kurioje kontroliuojama aplinkos temperatūra, drėgmė, slėgis ir tam tikro dydžio dalelių koncentracija. Švarieji kambariai intensyviai naudojami puslaidininkinių prietaisų technologijos, biotechnologijos ir kitose srityse, kuriose yra labai svarbus procesų patikimumas ir atsikartojamumas. Švariųjų kambarių dydis gali būti nuo kelių dešimčių iki tūkstančių kvadratinių metrų, t. y. juose gali tilpti daugelis technologinių ir analitinių įrenginių. Švarieji kambariai laikomi vienu iš esminių sėkmingos aukštųjų technologijų praktikos veiksnių. Pirmieji tokie kambariai buvo sukurti puslaidininkių prietaisų pramonei ir lėmė sėkmingą šių technologijų plėtrą. Pagal dalelių dydį ir jų koncentraciją patalpoje ISO 14644-1 standartas įvardija devynias švarumo klases (1 lentele).

Švarumo klasė ISO 14644-1 standarte apibrėžiama kaip leistino kubiniame metre dalelių skaičiaus, kurių matmuo yra 0,1 µm ir didesnis, dešimtainis logaritmas. Pavyzdžiui, ISO 5 švarumo klasė reiškia, kad švariajame kambaryje gali būti iki 105 dalelių kubiniame metre.

Be minėto ISO standarto, dar galima sutikti ir amerikietiškąjį švariųjų kambarių standartą (US FED STD 209E), kuriame švarumo klasė išreiškiama dalelių skaičiumi kubinėje pėdoje. Pagal Šį standartą yra pirma švarumo klase (1), dešimta (10) ir t. t., baigiant (100 000). Pirmo švarumo klasės (pačios aukščiausios) kambaryje leistina ne daugiau kaip 35 dalelės kubinėje pėdoje. Antroje lentelėje palyginami ISO ir US FED STD 209E standartai.

Palyginimui, miesto patalpoje kubiniame metre apytikriai yra 35 000 000 dalelių, kurių dydis yra nuo 0,5 µm ir daugiau.

Norint sumažinti pašalinių dalelių bei mikroorganizmų koncentraciją patalpoje, švariajame kambaryje oras daug kartų filtruojamas didelio savitojo paviršiaus ir efektyvumo filtrais, kurie įrengiami kambario lubose. Patalpoje sukuriamas padidintas slėgis, apsaugantis nuo dalelių patekimo į kambarį iš išores. Personalas gali įeiti į tokias patalpas ir išeiti iš jų tik pro tam skirtas vietas, kuriose dažnai įrengiamas „oro dušas", kuriame papildomai nupučiama oro srautu. Dirbantys švariajame kambaryje privalo dėvėti specialius visą kūną dengiančius rūbus, kepures, kaukes, pirštines ir batus.

Tokiuose kambariuose naudojama speciali įranga bei baldai, sukaupiantys minimalius pašalinių dalelių kiekius. Čia nepageidautini įprastinis popierius, pieštukai ir kai kurių natūralių pluoštų audiniai. Beje, aukštos švarumo klasės kambaryje pagrindinis pašalinių dalelių šaltinis yra žmogus. Tai žmogaus odos, aprangos dalelės. Dalelių skaičius priklauso nuo žmogaus judėjimo greičio, darbo intensyvumo.

Bandymai rodo, kad asmuo kiekvieną minutę sukuria milijoną dalelių, kurių skersmuo yra lygus arba didesnis nei 0,5 µm. Penktos švarumo klasės kambaryje tai sudaro daugiau nei 50 % pašalinių dalelių.

Atsižvelgiant į švariojo kambario paskirtį labai svarbu eliminuoti aplinkos teršalus ir veiksnius, kurie gali būti lemiami naudojamoje technologijoje. Pastarieji skirstomi j (A) daleles ir pluoštus, (B) reagentus, (C) bakterijas, (D) elektrostatinius krūvius, Visų tipų švariuosiuose kambariuose nepageidautinos dalelės ir pluoštai (A).

Elektronikos ir optikos technologijose labai mažos dalelės gali būti gaminamų prietaisų broko priežastis, o farmacijoje ir medicinos prietaisų pramonėje yra pavojus, kad dalelės ar bakterijos gali patekti į paciento organizmą. Visų tipų švariuosiuose kambariuose reagentų, naudojamų viename technologiniame etape, pėdsakai gali būti labai nepageidautini kitame technologiniame etape. Bakterijos, dėl suprantamų priežasčių, yra pavojingos ne tik medicinos ir farmacijos pramonėje, bet ir mikroelektronikoje, kur gali sukelti papildomus elektrinius krūvius. Mikroelektronikos technologijos ypač jautrios elektrostatiniam krūviui, nes net ir labai maži potencialų skirtumai gali sugadinti ištisą silicio lustą.

Švariajame kambaryje galima išskirti dvi sritis - kritinę ir bendrąją. Kritinėje srityje dalelės gali patekti į technologinio proceso plotą, o dalelės iš tolimesnės - bendrosios - srities gali patekti į kritinę. Moderniame švariajame kambaryje galima šias sritis sukurti lokaliai, ISO 5 ir aukštesnėms švarumo klasėms pasiekti naudojamas laminarinis (sluoksniuotas) kontroliuojamos spartos oro srautas.

Su tokiais sudėtingais inžineriniais įrenginiais pavyksta esmingai sumažinti pašalinių dalelių koncentraciją. Pavyzdžiui, ISO 1 klasės (aukščiausios) aplinkoje tėra 12 dalelių kubiniame metre, o jų matmenys neviršija 0,2 mikrometrų (1 lentelė).

Beje, KTU „Santakos" slėnyje įrengtas švarusis kambarys yra ISO 5 klasės. Tokio švariojo kambario kubiniame metre dalelių, kurių skersmuo yra didesnis ar lygus 0,5 mikrometrų, skaičius neviršija 3520.

Tad jeigu pasirinksite „Taikomosios fizikos“ ar „Medžiagų ir nanotechnologijų“ studijas, labai tikėtina, kad profesinėje veikloje teks susidurti su tokiais švariaisiais kambariais ir gyvai pamatyti, kaip kuriami moderniausi ir jautriausi pasaulyje prietaisai.

Sigitas Tamulevičius,
Kauno technologijos universiteto Medžiagų, mokslo instituto direktorius

Aut. teisės: www.technologijos.lt
Autoriai: Sigitas Tamulevičius

(0)
(0)
(0)

Komentarai (0)