GB/T 40868-2021 纳米尺度科研生产受控环境规划与设计

　　ICS 13 . 040 . 35 CCS C 70

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40868—2021

　　纳米尺度科研生产受控环境规划与设计

　　planninganddesignofcontrolledenvironmentsforresearchand

　　productionatthenanometerscale

　　2021-10-1 1 发布 2022-05-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

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　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由全国洁净室及相关受控环境标准化技术委员会(SAC/TC 319)提出并归口 。

　　本文件起草单位：江苏苏净科技有限公司、中国电子工程设计院有限公司、中天道成(苏州)洁净技术有限公司、苏州市计量测试院、苏州嘉合洁净科技有限公司、中国标准化协会、国家纳米科学中心、南京天加环境科技有限公司、美埃(中国)环境净化有限公司、中电投工程研究检测评定中心有限公司、杭州市标准化研究院、吴江市华宇净化设备有限公司、常州祥明智能动力股份有限公司、北京恒泰建业工程项目管理有限公司、苏州苏信环境科技有限公司、贺氏(苏州)特殊材料有限公司。

　　本文件主要起草人：王尧、蔡杰、姜皓遐、蒋乃军、杨子强、王其祥、王大千、姜伟康、陈霖新、张利群、朱兰、邴绍同、石小雷、高正、周炬、吴小泉、叶伟强、翟传明、张敏、杨兴宇、董玉平、郝胤博、惠旅峰、肖轶群。

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　　引 言

　　纳米尺度受控环境涉及多学科交叉，且非常复杂，其设计很难参照现有的设计资料，设计、建造技术难度高、投资大，建设周期长，适宜的规划设计有助于项目顺利进行。

　　本文件总结归纳已建纳米尺度受控环境的经验，提示规划、设计可能遇到的特殊问题，以及项 目进程中的潜在障碍，为项目规划决策提供指南。 给出的相关技术要求和限值，方便业主与设计团队间的技术协商和探讨。

　　本文件未详细规定环境条件，具体科研生产需求以及具体工艺设备、仪器决定其环境条件。

　　本文件并非普遍适用于所有纳米技术设施的具体项 目或细节。 设施各不相同，使用时宜将本文件的一般性要求加以完善，以适应具体设施的运行要求。

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　　纳米尺度科研生产受控环境规划与设计

　　1 范围

　　本文件给出了纳米尺度科研生产受控环境的规划与选址勘察、设计要求等。

　　本文件适用于纳米尺度科研生产受控环境的规划与设计。

　　2 规范性引用文件

　　本文件没有规范性引用文件。

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　纳米尺度 nanometerscale;nanoscale

　　处于 1 nm~100 nm 之间的尺寸范围。

　　[来源：GB/T 30544 . 1—2014,2 . 1,有修改]

　　3.2

　　粒子 particle

　　有明确物理边界的微小物质。

　　3.3

　　纳米颗粒 nanoparticle

　　三个维度的外部尺寸都在纳米尺度的纳米物体，其最长轴和最短轴的长度没有明显差别。

　　[来源：GB/T 30544 . 4—2019,2 . 4]

　　3.4

　　污染物 contaminant

　　对产品和工艺有不良影响的粒子、非粒子、分子或生物体。

　　[来源：GB/T 25915 . 6—2010,2 . 41]

　　3.5

　　空气化学污染物 airchemicalcontamination

　　存在于空气中，其化学特性可对产品、工艺、设备有不良影响的任何物质。

　　3.6

　　生物污染 biocontamination

　　活粒子对物料、装置、人员、表面、液体、气体或空气的污染。

　　[来源：GB/T 25915 . 6—2010,2 . 25]

　　3.7

　　设施 installation

　　所有相关构筑物、空气处理系统以及服务、公用系统集合而成的洁净室，或一个或数个这样的洁净区。

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　　[GB/T 25915 . 6—2010,定义 2 . 82]

　　4 概述

　　4 . 1 纳米尺度科研生产受控环境(以下简称“纳米受控环境”)的有些专业技术超出了传统设计团队的经验，例如微振动(micro-vibration)、声学(noise)、电磁干扰(EMI)、静电放电(ESD) 等。

　　4 . 2 纳米受控环境的“高要求”区域，对电磁环境、温湿度(精度)水平、空气(超净空气)和水(超纯水)的质量、化学品和气体的纯度、噪声和振动等的控制要求远远严于普通洁净室。

　　4 . 3 纳米技术设施的设计中涉及一些非常专业、关系着项 目成败的元素，设计的基础性决策也会直接影响项目的成功与否，需要设计团队、建筑师、工程师、技术顾问团队、施工单位、业主的通力合作，不断沟通、互动。

　　4 . 4 科研及工艺的需求决定着“高要求”区域之间空间分配和设施构成。

　　5 规划

　　5 . 1 通则

　　5 . 1 . 1 为应对纳米受控环境的复杂需求，应组成技术顾问团队。

　　5 . 1 . 2 规划宜综合考虑项目特点、相关技术需求与发展、建设周期、项 目投资、运行费用、使用周期/寿命等，并配合项目立项、选址和建筑安装工程投资进行技术经济论证。

　　5 . 1 . 3 规划应明确目标和任务，考虑潜在需求，完成总体布局和“高要求”区域的空间分配，并按发展计划提出节能、健康、安全、无不适感的纳米受控环境规划。

　　5 . 1 . 4 应制定符合实际的设计建设规划(含投资、概念设计图)、项目进程。

　　5 . 2 选址勘查

　　5 . 2 . 1 常规勘查

　　主要包括备选场地地质勘测、气象和水文资料搜集、地震情况调查等。

　　5 . 2 . 2 相关测试

　　5 . 2 . 2 . 1 周边空气质量

　　测量备选场地周边空气质量，检测是否存在高浓度 CO、CO2、NO狓 、SO狓 、甲醛、臭氧、柴油机尾气颗粒物等。

　　5 . 2 . 2 . 2 振动环境

　　测量、分析备选场地周边的背景环境振动情况，包括地脉动、常时微动以及轨道交通、道路交通等引起的振动。

　　5 . 2 . 2 . 3 环境噪声

　　测量、分析备选场地周边的环境噪声，包括工业噪声、交通噪声、生活噪声等。 除测量相关时段内的连续等效声压级外，还应进行倍频程或 1/3 倍频程的频谱测量分析。频带声压级评价曲线与噪声限制见附录 A。

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　　5 . 2 . 2 . 4 电磁环境

　　对备选场地及周边进行全频谱电磁勘测，包括直流、极低频交流以及射频环境，具体包括：

　　a) 在备选场地选择采样点，用磁通门磁力仪测量单点和 30 min 时长的直流磁通量数据，仪器灵敏度为 0 . 01 mG(毫高斯);

　　注：采样点最好选在放置电磁干扰敏感设备的位置，或靠近道路、停车场、铁路的位置，对其直流电磁干扰情况进行评估，勘测数据标在建筑平面图上。

　　b ) 使用高斯表进行直流和极低频交流勘测，测量地点包括建筑物的轮廓，开发红线(覆盖整个选址)内，建筑物周边 300 m 范围内的所有地上和地下电缆、变压器和变电所;

　　c) 记录备选场地周围测点处随时间变化的射频干扰强度，以查清可能的射频干扰源，例如天线安装场、商业广播电视发射塔、移动电话和微波通信基站、气象雷达站等。

　　6 设计

　　6 . 1 总体设计

　　6 . 1 . 1 方案设计

　　该阶段不涉及详细设计内容。 设计团队与业主密切合作，深入了解生产工艺对纳米受控环境的技术要求，确定项目基本要求、规模、各组成部分空间关系、编制项 目概算及初步设计所需收集的资料清单 。应说明对投资有明显影响的事项，例如关于建筑结构和建筑基础的设计(根据地质勘测报告)、防微振方案、防电磁干扰方案、空气化学污染控制方案等。

　　6 . 1 . 2 初步设计

　　由设计团队与技术顾问团队共同完成，主要内容包括：

　　a) 建筑结构图;

　　b ) 供水、暖通、电气、动力、消防等专业图纸;

　　c) “高要求”区域限制能量型污染(磁感应强度、振动、噪声)技术方案;

　　d) 实验室(生物安全实验室)设施初步设计;

　　e) 项目预算;

　　f) 编制施工图设计所需收集的资料清单。

　　6 . 1 . 3 施工设计

　　主要内容包括绘制施工图，编制设备清单、材料表、施工说明、技术要求、招投标文件(受业主委托)。

　　6 . 2 受控环境参数

　　6 . 2 . 1 温度

　　温度误差控制在 ±0 . 1 ℃以内，必要时误差控制在 ±0 . 01 ℃ ~ ±0 . 05 ℃ 。

　　注：综合考虑提高温度控制精度和建造、运行费用的关系来确定具体的温度参数。

　　6 . 2 . 2 相对湿度

　　相对湿度波动控制在 ±5%以内，需要时可将相对湿度波动控制在 ±2%以内。

　　注：相对湿度高于 55% 可能出现滋生霉菌的活粒子污染，低于 35%则可能出现静电放电问题。

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　　6 . 2 . 3 污染物

　　6 . 2 . 3 . 1 空气中悬浮粒子

　　一般情况下，洁净度应优于 ISO 3 级(动态)。

　　6 . 2 . 3 . 2 空气化学污染物

　　纳米受控环境中空气化学污染物(酸性、碱性、有机物、工艺掺杂物、释气)浓度控制范围为 ISO - ACC-9 级到 ISO-ACC-12 级(见 GB/T 25915 . 8) 。

　　6 . 2 . 3 . 3 生物污染

　　生物污染监测见 GB/T 25916 . 1—2010 中 5 . 3,生物污染分析见 GB/T 25916 . 2—2010 中第 4 章 。

　　6 . 2 . 4 静电

　　静电控制的方法和措施见 GB/T 33555—2017 中 4 . 2 和 4 . 3 。

　　6 . 2 . 5 振动

　　6 . 2 . 5 . 1 设备的振动控制标准一般由设备厂商提供，如果不能提供，振动控制标准可按相关标准化文件确定。

　　6 . 2 . 5 . 2 纳米受控环境(如电子工业的微纳加工、超微细加工、高精度检验检测、大科学装置实验等)有较高的防微振要求，其防微振设计见附录 B。

　　6 . 2 . 6 噪声

　　宜根据纳米受控环境内设施对噪声频率工艺要求和人体感受，合理采用吸声、消声、隔声、阻尼和隔振等综合降噪措施。

　　6 . 2 . 7 电磁干扰

　　6 . 2 . 7 . 1 纳米尺度的科研生产受控环境工频磁场磁感应强度容许值宜不超过 1 G, 在 25 MHz~ 3 000 MHz频段射频电场强度容许值宜不超过为 100 μV/m。

　　6 . 2 . 7 . 2 抑制电磁干扰以符合限值要求的基本方法是建筑设计控制(例如，保持足够远的距离)和屏蔽，可采用其中任何一种或两种方法。 屏蔽空间的大小对成本有明显影响。

　　6 . 3 与施工的衔接

　　6 . 3 . 1 施工单位应在招投标基础上产生，设计团队应协助对投标单位提交的施工资质等文件是否符合项目要求进行审查。

　　6 . 3 . 2 业主与设计团队和施工单位达成协议，组成由设计团队、技术顾问团队和施工监理人员参加的工程监理团队。 如需进行设计修改，应由该团队提出。

　　6 . 3 . 3 项目交付验收人员应包括业主、设计团队、技术顾问团队协商提出的人选，且不少于 3 人 。

　　6 . 4 风险控制

　　6 . 4 . 1 应注意控制各种风险因素，基本要求如下。

　　a) 在设计的早期规划阶段应提出可能的安全风险。 对设施、工艺、原材料、成品、副产品进行风险评定，并随着更多的信息获取，在设计过程中随时更新。

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　　b) 对每个可能的风险均应提出控制方法，并体现在设计中，以降低风险。

　　c) 无法用设计控制风险时，应对使用做出规定。

　　d) 对风险控制设计应进行审核，并注重寻找尚未列入的风险因素和相关的关键控制点。

　　6 . 4 . 2 建筑设计中风险控制的主要内容如下：

　　a) 建筑系统包括气体配送系统、液体配送系统、监测系统，在建筑系统设计中应密切注意作业的风险，应提供火情、工艺、设备、机械、电气、辐射、生物安全方面的详细的风险分析;

　　b) 良好的建筑设计、细致的空间平面布置，设施内规划良好的作业区，都是受控环境内风险控制的最有效措施。

　　6 . 4 . 3 应控制受控环境排放可能对外界的污染(例如具有毒性的纳米材料、有害气体、废水等)。

　　6 . 4 . 4 纳米材料风险控制见附录 C。

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　　附 录 A

　　(资料性)

　　噪声评价曲线与限值

　　A.1 噪声评价曲线

　　常用的频带声压级曲线(即噪声评价曲线)有三组：噪声标准频率声压级评价曲线(简称“NC 曲线”，见图 A. 1)、最佳噪声标准频率声压级评价曲线(简称“PNC 曲线”，见图 A. 2)、噪声等级频率声压级评价曲线(简称“NR 曲线”，见图 A. 3),直观地反映了各频程带的倍频程声压级和频率的关系。

　　NC 曲线广泛用于英、美、日等国;PNC是 NC 的扩展，和 NR 曲线在欧洲通用。 NC 和 NR 两组曲线并列为国际标准化组织(ISO)推荐的评价曲线。

　　图 A.1 NC曲线

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　　图 A.2 PNC曲线

　　图 A.3 NR 曲线

　　A.2 普通洁净室噪声控制限值

　　普通洁净室空态噪声频谱的倍频程声压级限制值一般不大于表 A. 1 的规定。

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　　表 A.1 空态噪声频谱的倍频程声压级限制值

　　A.3 噪声控制建议

　　A.3 . 1 纳米尺度科研生产受控环境噪声一般控制在 NC-45 到 NC-50 , 目前该级别噪声控制要求无法使用节能型净化空调系统。

　　A.3 . 2 常用的透射电镜和扫描电镜等成像设备需要极其安静的环境，通常要求噪声控制限值为 NC-25至 NC-30 或更低。

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　　附 录 B

　　(资料性)防微振设计

　　B.1 微振动限值

　　B.1 . 1 微振动限值分级

　　IEST RP-CC012.2 给出了微振动限值分级，即 VC-A~VC-G分级，见表 B.1。

　　表 B.1 微振动限值分级

　　B.1 . 2 微振动限值应用

　　表 B. 2 给出了微振动限值应用案例。

　　表 B.2 微振动限值应用案例

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　　表 B.2 微振动限值应用案例(续)

　　B.2 防微振工程设计

　　B.2 . 1 设计要点

　　防微振工程设计宜考虑以下要点：

　　a) 微振动是物体的微观运行，量值微小，可变因素多，难以用理论公式来描述不同场地、不同环境的微振动;

　　b ) 以相关振动测试分析为基础，选择适宜的场地;

　　c) 宜根据在工程各阶段实测取得的数据，进行相应阶段的防微振设计;

　　d) 宜分阶段进行防微振工程设计，以最大限度的保证工程的成功。

　　B.2 . 2 主要内容

　　防微振工程设计主要内容包括：

　　a) 选址及规划设计;

　　b ) 地基基础防微振设计;

　　c) 建筑结构防微振设计;

　　d) 精密设备隔振设计;

　　e) 动力设备隔振设计。

　　B.2 . 3 设计程序

　　防微振工程设计程序见图 B. 1 。

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　　图 B.1 防微振工程设计程序

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　　附 录 C

　　(资料性)

　　纳米材料风险控制

　　C.1 概述

　　由于对纳米材料的安全方面的认识缺失，纳米受控环境内的风险尚未全部确定，存在的主要风险包括如下内容。

　　a) 对安全知识的缺失，主要包括毒性、诱导性、致癌性、致畸性及代谢异常，与分子、细胞层面上的接触、剂量、吸收率及进一步反应进展。

　　b ) 纳米领域发明新材料的能力已显著超越了以往对相关毒性和风险因素的理解。 纳米材料的很大一部分，在特定工业领域和研究领域中应用稳定，但其他领域对其安全防护措施并不了解。

　　C.2 风险和限制

　　C.2. 1 接触纳米材料有潜在风险。 纳米材料合成和含有纳米颗粒(纳米尺度)粉末处理的潜在风险最高。

　　C.2.2 生物危险分为一般生物活性物质和生物激活的纳米材料。 需要关注后者，有些材料纳米尺度的毒理特性的改变，能够摧毁人的免疫系统。

　　C.2.3 部分纳米材料接触浓度限值见表 C. 1 。

　　表 C.1 部分纳米材料接触浓度限值表

　　C.3 风险控制层次与方法

　　纳米受控环境内纳米材料风险控制层次(由低到高)及方法如下。

　　a) 消除或替代：首选方法是消除那些引起风险的材料或设备，修改工艺或设备，或用无风险材料代替风险材料。 尽量将材料数量或浓度降至风险阈值以下。

　　b ) 隔离：当消除或替代方法不可行时，宜采用隔离方法防止人员接触到纳米材料，包括各类通风、带风罩的局部通风，隔离屏障系统(RABS)和隔离装置;另外，个人防护设备(PPE)作为双重隔离措施，用于使风险降至最低，可作为二次安全防护或备份。 隔离方法宜定期测试和验证，以保持环境安全。

　　c) “门禁系统”：当隔离方法不可行时，采用微环境配机器人，将风险减至最低。 禁止人员在风险时期进入风险区。

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　　C.4 其他

　　C.4 . 1 有效过滤

　　过滤器去除空气中纳米颗粒的机理包括撞击、拦截、扩散、静电吸引。 撞击和拦截对大于约 300 nm的粒子更有效;基于布朗运动的扩散收集对小于约 300 nm 的粒子更有效，且效率随粒径的降低而提

　　高。最易透过粒径(MPPS)一般为 0.12 μm~0.25 μm(见 ISO 29463-1)。

　　C.4 . 2 从严考虑

　　对新材料的风险进行评定或使其降低，宜先按最坏的情况考虑，直至达成共识，方可放松要求至 一个适当的级别。 无论何时，只要有可能，尽量用充分知晓危险特性的材料替代新材料。

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　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 25915 . 6—2010 洁净室及相关受控环境 第 6 部分：词汇

　　[2] GB/T 25915 . 8 洁净室及相关受控环境 第 8 部分：按化学物浓度划分空气洁净度(ACC)等级

　　[3] GB/T 25916 . 1—2010 洁净室及相关受控环境 生物污染控制 第 1 部分：一般原理和方法

　　[4] GB/T 25916 . 2—2010 洁净室及相关受控环境 生物污染控制 第 2 部分：生物污染数据的评估与分析

　　[5] GB/T 30544 . 1—2014 纳米科技 术语 第 1 部分：核心术语

　　[6] GB/T 30544 . 4—2019 纳米科技 术语 第 4 部分：纳米结构材料

　　[7] GB/T 33555—2017 洁净室及相关受控环境静电控制技术指南

　　[8] ISO 29463-1 High efficiency filters and filter media for removing particles from air—Part 1 : Classification, performance, testing and marking

　　[9] IEST RP-CC012.2 Considerations in cleanroom design