Микрон - удивительно маленькая единица измерения длины. Но без него невозможно было бы исследовать наномир и создавать современную электронику. Давайте разберемся, что такое микрон и почему он так важен!
1. Определение микрона и его значение
Микрон - это единица измерения длины, равная одной миллионной доле метра. Или, другими словами, если разделить метр на миллион равных частей, то каждая такая часть будет составлять один микрон.
Микрон - ключ к пониманию наномира. Без него нанотехнологии попросту не смогли бы существовать в том виде, в котором мы их знаем.
Чтобы представить, насколько мал микрон, давайте приведем несколько примеров:
- Толщина человеческого волоса - около 100 микрон
- Размеры большинства клеток - десятки микрон
- Частицы пыли и грязи обычно 1-100 микрон
Как видно из примеров, для того чтобы увидеть отдельный микрон, нужен очень мощный микроскоп. Поэтому микрон служит связующим звеном между привычным нам макромиром и собственно наномиром, где все измеряется в нанометрах (миллиардных долях метра).
2. Измерение микронных величин
Для точного измерения микронных величин используется специальное оборудование.
Одним из распространенных приборов является микрометр - устройство с двумя плоскими поверхностями, между которыми зажимается измеряемый объект. Существуют наружные и внутренние микрометры для объектов разных форм. Точность таких приборов может достигать долей микрона.
Еще один важный инструмент - микроскоп . С его помощью можно не только измерять размеры микроскопических объектов, но и наблюдать за ними. Например, с помощью сканирующего электронного микроскопа ученые могут получать изображения наноструктур с разрешением до единиц нанометров, то есть долей микрона.
| 1 мкм | 1000 нм |
| 1 нм | 0.001 мкм |
Для однозначного понимания того, что такое микрон, было принято строгое определение этой единицы измерения на международном уровне. В 1960 году микрон официально определили как 1⁄1000000 метра или 10-6 метра. Это гарантирует, что любой ученый в мире будет понимать размеры в микронах одинаково.
3. Применение микрона
Микрон широко используется в таких областях как электроника, медицина, механика. Рассмотрим некоторые примеры.
В электронной промышленности микрон незаменим при описании процессов миниатюризации элементов интегральных схем. Если в 1970-х годах транзисторы имели размер порядка 10 микрон, то сейчас это значение составляет уже единицы нанометров, то есть доли микрона.
Микроны также используются для задания размеров миниатюрных деталей в микромеханике и оптике. Например, линзы и призмы в микрооптических системах часто имеют толщину от нескольких до сотен микрон.
Еще одно важное применение микрона - описание размеров порошков и частиц. Микропорошки состоят из частиц размером до 100 нанометров или долей микрона, а микрочастицы - до несколько микрон по диаметру.
3.1 Микронные технологии в медицине
Помимо физики и электроники, микрон находит широкое применение в медицине и биологии. Это не удивительно, ведь размеры клеток и других биологических структур как раз лежат в микронном диапазоне.
Одно из перспективных направлений - разработка микроигл для безболезненной доставки лекарств и диагностики. Длина таких игл составляет от одного до нескольких микронов. Благодаря миниатюрным размерам, они практически не ощущаются пациентом.
Еще один пример - микрочипы для анализа крови. Они позволяют быстро определить состав крови, наличие вирусов и другие показатели. Размеры отдельных элементов на таких чипах могут достигать единиц и долей микрона.
3.2 Микроскопические системы
МЭМС или микроэлектромеханические системы - это миниатюрные устройства, сочетающие механические и электронные компоненты микронных размеров. Их основные функции - измерение ускорения, давления, ориентации в пространстве.
МЭМС широко используются в смартфонах, игровых контроллерах, автомобилях и другой технике. Например, акселерометры в смартфонах, отвечающие за определение положения устройства в пространстве, часто выполнены на основе МЭМС-датчиков с характерными размерами в микроны.
Еще одни пример миниатюризации - волоконно-оптические системы связи. Диаметр отдельных волокон в них сегодня составляет всего несколько микрон. При этом по таким волокнам передаются огромные объемы данных на большие расстояния.
3.3 Микрон в вакуумных системах
Микроны также применяются для контроля качества вакуума, то есть степени разряженности газа в замкнутом объеме. Чем меньше размер частиц в этом объеме, тем выше достигаемый вакуум.
Например, в пищевой промышленности для хранения продуктов создается вакуум, практически полностью удаляющий воздух. При этом контролируется количество оставшихся частиц размером более 10 микрон2. Их наличие может ухудшить сохранность продукции.
В вакуумных системах также важно отсутствие микроскопических дефектов, утечек, пор. Их размер контролируется в микронах или даже долях микрона.
3.4 Микромир вокруг нас
Хотя микроны - это очень маленькие величины, объекты таких размеров встречаются повсюду в окружающем нас мире.
Уже упомянутые частицы пыли и грязи, загрязняющие воздух, как правило, имеют диаметр от 1 до 100 микронов. А вот размер молекул воздуха гораздо меньше - доли нанометра.
Многие микроорганизмы, вирусы и клетки также имеют размеры от единиц до сотен микрон. Например, диаметр эритроцитов (красных кровяных клеток) человека составляет около 8 микрон.
Даже наша пища содержит микроскопические компоненты. Эмульсии, соусы и другие продукты включают в себя жировые шарики диаметром 1-10 микронов.
