Laboratorium noise-free dla instytutu nanotechnologii IMB

Nowa koncepcja laboratorium dla nanotechnologii : połączona izolacja akustyczna i antywibracyjna dla laboratoriów wolnych od hałasu i drgań.

Zadanie

Celem planowania sześciu cichych laboratoriów było to, aby warunki w pomieszczeniu podczas pracy laboratorium uległy pogorszeniu tylko w minimalnym stopniu. Ponieważ różne urządzenia techniczne w eksperymencie są często głównymi czynnikami zakłócającymi, takimi jak pompy mechaniczne wytwarzające próżnię lub wytwarzane ciepło i promieniowanie elektromagnetyczne z urządzeń zasilających i sterujących. W konwencjonalnych eksperymentach wystarczy osłonić poszczególne parametry, takie jak temperatura. Jednak wraz z rozwojem metrologii w nanotechnologii istnieją eksperymenty, które są wrażliwe na kilka lub wszystkie pięć zmiennych zakłócających. Temperatura, wilgotność, wibracje, hałas, pola elektromagnetyczne powinny być zatem jednocześnie ekranowane. Tym wyzwaniom można było sprostać jedynie poprzez rozważenie całego systemu.

Parametry

– Drgania v wartość docelowa (zakres częstotliwości < 10 Hz): v < 1 μm/s

– Drgania v wartość zmierzona (zakres częstotliwości < 10 Hz): v < 0,3 μm/s

– Drgania v wartość docelowa (zakres częstotliwości > 10 Hz): v < 0,5 μm/s

– Wibracje v wartość zmierzona (zakres częstotliwości > 10 Hz): v < 0,1 μm/s

– Wartość docelowa p dźwięku: p < 55 dBC Odczyt p dźwięku: p < 22 dBC

Charakterystyka wyjściowa

IBM Binnig and Rohrer Nanotechnology Center w Zurychu pracuje nad rozwojem nanonauk. Tutaj badane są najmniejsze struktury w zakresie nanometrów w celu wygenerowania nowych materiałów dla technologii informacyjnej i półprzewodnikowej. Jest oczywiste, że tym laboratoriom badawczym stawiane są nadzwyczaj wysokie wymagania.

Sześć laboratoriów NOISE FREE w centrum nanotechnologii IBM znajduje się osiem metrów pod ziemią. W takich warunkach możliwe są najbardziej czułe i wyrafinowane eksperymenty badawcze w nanoskali. Wcześniej wszystkie zmienne zakłócające istotne dla nanotechnologii, a mianowicie wibracje, pola elektromagnetyczne, temperatura, wilgotność i dźwięk, musiały być brane pod uwagę jednocześnie i wykluczane w miarę możliwości. Te cele wymagały nowej koncepcji laboratorium. Już w fazie planowania byliśmy częścią zespołu IBM Research Noise-free Lab. Nasze kompetentne doradztwo techniczne było kluczowe dla projektu. Po udanych testach opracowaliśmy rozwiązanie dla podziemnych laboratoriów: izolację od drgań gruntu i izolację od dźwięku.

Problem nr 1 – wibracje podłoża

Na początku fazy projektu oceniono różne wysoce czułe eksperymenty, biorąc pod uwagę urządzenia pomiarowe i produkcyjne o najwyższych wymaganiach. Te bardzo czułe instrumenty, takie jak rejestratory wiązki elektronów, transmisyjne mikroskopy elektronowe i skaningowe mikroskopy tunelowe z polaryzacją spinową, musiały być teraz montowane bez drgań.

Rozwiązanie nr 1

Rysunek CAD izolacji z aktywnym systemem izolacji Bilz AIS™ dla Binnig and Rohrer Nanotechnology Center of IBM i ETH Zurich

Fundament posadowiony na poduszkach pneumatycznych z aktywnym systemem tłumienia drgań.

W każdym laboratorium zainstalowano powietrzną betonową podstawę o możliwie największej masie. Rezonans naturalny łożysk powietrznych mieści się w zakresie 1,2 – 2,4 Hz.Izolatory są aktywnie sterowane przez łożyska powietrzne. Eksperymenty stoją na tych cokołach od 34 do 80 ton; użytkownik z kolei porusza się po podłodze odsprzęganej wibracyjnie. Zastosowano tutaj nowy produkt firmy Bilz: AIS™ Active Isolation System High Performance, naszą aktywną elektroniczno-pneumatyczną izolację drgań spełniającą najwyższe wymagania w zakresie efektu izolacji, czasu zaniku i stałości poziomu.

Problem nr 2 – fale dźwiękowe

Najmniejsze struktury w zakresie nanometrów, takie jak pojedyncze cząsteczki lub atomy, są badane w cichych laboratoriach. Nawet warunki w czystym pomieszczeniu nadal byłyby zbyt „głośne” do tej pracy.

Rozwiązanie nr 2

Izolacja akustyczna i zoptymalizowana akustyka pomieszczenia : Elementy akustyczne Bilz z pianki karbowanej zapewniają optymalną akustykę pomieszczenia i izolację od dźwięków powietrznych. Nasze rozwiązania pochłaniania energii akustycznej charakteryzują się maksymalnym wygłuszeniem lub izolacją akustyczną oraz minimalizacją występujących poziomów ciśnienia akustycznego i wynikających z nich czasów pogłosu. Rezultat: niezwykle ciche otoczenie z drastycznie zredukowanymi zakłóceniami.