半导体级单晶硅是芯片的基础核心材料, 其晶体的氧含量分布对晶圆品质有重要影响。通过优化提拉单晶炉的热屏结构可有效控制晶体生长过程中的氧含量分布, 但难以通过实验探究其内在影响机制。本文采用ANSYS有限元分析, 研究了热屏结构对200 mm半导体级直拉单晶硅氧含量分布的影响。针对一段式、二段式两种典型的商用单晶炉热屏结构, 模拟了拉晶初期(300 mm)、中期(800 mm)、末期(1 000 mm)三个等径阶段的温度场、流场分布, 固液界面温度梯度及径向氧含量分布。计算结果表明, 与二段式热屏相比, 一段式热屏的熔体温度场均一性较好, 固液界面的温度梯度较小。此外, 一段式热屏的氩气流场有利于熔体自由表面上方SiO气体挥发和减弱熔体的剪切对流, 使固液界面前端向晶体扩散的氧减少。因此, 一段式热屏的固液界面径向氧含量分布均匀性较好且晶体中的氧含量较低。

以氧含量相对较高的“平价”Si3N4粉体(氧含量1.85%(质量分数))为原料, Y2O3-MgO作为烧结助剂, 制备低成本高热导率Si3N4陶瓷, 研究Y2O3含量对Si3N4陶瓷致密化、显微结构、力学性能及热导率的影响。结果表明, 适当增加Y2O3的加入量不仅可以促进Si3N4陶瓷的致密化和显微结构的细化, 还有助于晶格氧含量的降低和热导率的提升。Y2O3含量为7%(质量分数)的样品在1 900 ℃烧结后的综合性能最佳, 其相对密度、抗弯强度、断裂韧性和热导率分别为99.5%、(726±46) MPa、(6.9±0.2) MPa·m1/2和95 W·m-1·K-1。

光动力疗法(PDT)是一种综合利用光敏剂、光和氧分子，通过光动力反应选择性地治疗恶性肿瘤、血管性病变和微生物感染等疾病的新型疗法。PDT作为光治疗的一种重要方法，已逐渐成为继手术、放疗和化疗之后治疗肿瘤的第四种微创疗法，同时还是治疗鲜红斑痣等特殊疾病的首选疗法。本文简要回顾PDT的研究现状；以提高PDT疗效为目标，重点分析光敏剂、光源、组织氧含量、协同治疗、量效评估等基础研究以及临床应用的研究进展；讨论临床个性化精准PDT及其推广应用所面临的挑战和发展方向。

热塑性聚合物与轻质金属在工业轻量化设计中的连接需求越来越多,激光直接连接技术是实现异质材料连接的重要手段。针对5052铝合金与聚对苯二甲酸丁二醇脂(Polybutylene terephthalate, PBT)激光直接连接存在高反光性与连接强度不高的问题,提出对铝合金的光照上表面进行涂黑处理以提高对激光能量的吸收率,并对铝合金下表面连接处进行局部激光氧化处理以提高铝合金与 PBT 的激光直接连接强度。分析了激光表面氧化处理对铝合金表面的几何形貌、粗糙度和氧含量的影响,并对激光直接连接机理进行了探究。研究结果表明:氧化处理后的铝合金表面形成了微纳结构,表面粗糙度和氧含量增大,表面润湿性能得到明显改善,氧化处理促进了铝合金与PBT之间的锚固连接;X射线光电子能谱仪(XPS)分析发现,铝合金与PBT之间形成了Al—O—C和Al—C化学键,化学连接有效地提高了连接强度。

利用13.56 MHz的射频等离子体化学气相沉积设备(RF-PECVD)在不同沉积温度(50~400 ℃)下制备了一系列氢化硅氧(SiOx∶H)薄膜材料, 并研究了薄膜材料性能与微结构的变化规律。随着沉积温度的增加, 薄膜内的氧含量(CO)下降, 晶化率(XC)也下降, 折射率(n)上升, 此外, 薄膜的结构因子(R)下降, 氢含量(CH)先上升后下降, 由此在合适的中间温度下可以获得最大的氢含量。通过实验结果分析提出了不同沉积温度下制备硅氧薄膜的内在微结构模型: 低温下沉积的硅氧薄膜是以氢化非晶硅氧(a-SiOx∶H)相为主体并嵌入氢化纳米晶硅(nc-Si∶H)的复合材料, 而在高温下沉积的硅氧薄膜则是以氢化非晶硅(a-Si∶H)相为主体并嵌入越来越少的nc-Si∶H相和a-SiOx∶H相的复合材料。由上可知, 要制备太阳电池通常采用的晶化率XC高、氧含量CO高的氢化纳米晶硅氧(nc-SiOx∶H)材料, 需要采用相对较低的沉积温度。

六氟化硫(SF6)气体因其优良的绝缘和灭弧性能, 被广泛应用于高压绝缘设备中。 然而, 当存在H2O和O2等杂质时, SF6气体在局部放电等作用下分解成的低氟化物会进一步与杂质发生反应生成稳定的氟硫氧化物和氢化物, 使得设备绝缘性能下降, 危害电网安全, 因此检测和分析SF6中微水、 微氧及其分解产物具有重要意义。 采用激光诱导击穿光谱技术测量了SF6中的痕量O含量。 利用CaF2作为窗口材料, 解决了窗口材料在不断腐蚀作用下引起的激发能量逐渐衰减以及窗口材料与SF6气体击穿产物反应引入的污染影响测量结果的问题, 消除了由激发条件改变引起的等离子体状态的变化; 通过测量不同O含量的SF6气体激光诱导击穿光谱, 结合迭代小波分析对实测光谱进行基线校正和降噪处理, 通过定标曲线获得了O元素检测限为38 ppm。 利用偏最小二乘法建立了稳定的定量分析模型, 改善了定量分析模型的稳定性和精度。

氩气和氮气被广泛用作增材制造中的保护气体, 但局部高温及材料中的氧逸出等因素会导致熔融区附近的氧含量与保护气体中的氧含量存在差异, 提出采用激光诱导击穿光谱技术检测熔融区附近的痕量氧含量。通过实验测量氧气/氩气和氧气/氮气的击穿光谱, 结合氧原子谱线强度与连续背景强度的比值, 获得了氩气和氮气中痕量氧含量的检测定标曲线, 得到氩气和氮气中氧体积分数的检测限分别为31×10-6和41×10-6; 通过分析等离子体的形成和衰退过程发现, 氩气等离子体的电子温度比氮气等离子体的高, 其衰减比氮气等离子体缓慢, 因此在相同的实验条件下, 氩气等离子体中的氧原子谱线强度和信噪比均比氮气等离子体的高, 从而使得氩气中氧含量的检测限低于氮气中氧含量的检测限。

研究了保护气体中O2含量对CO2激光-熔化极气体保护(GMA)复合焊焊缝合金元素均匀性和熔池流动行为分布的影响规律。结果表明，焊接方向为激光在前时，电弧保护气体中O2含量对复合焊焊缝均匀性具有明显的作用。保护气体中O2体积分数含量达到2%以上时，复合焊焊缝中合金元素的分布基本均匀。对于He-Ar惰性保护气体，在小孔后沿的熔池区域形成了外向流动；而当保护气体中O2含量达到2%以上时，熔池流动为内向流动。保护气体中O2含量对焊缝合金元素分布的影响规律主要取决于Marangoni对流。当电弧保护气体加入大于等于2%O2时，Marangoni对流方向由外向流动变为内向流动，促进了整个熔池的内向流动，获得了合金元素的均匀分布。

利用红外热像仪直接观察与测定了钢锭凝固过程中铸模外表面的温度分布, 对几个关键部位的温度随时间变化的趋势及规律进行了对比和分析, 对可能存在的铸锭缺陷进行了判断。采用金相法和氧含量分析法对铸锭的显微结构进行分析, 并结合统计数据对结果进行确认。证明利用红外热像仪判断铸锭缺陷在一定程度上是可行的。

给出了在空气环境下基于LIBS(激光诱导击穿光谱)技术的煤中有机氧含量的定量分析技术和方法。 通过激光激发煤样品获得等离子体荧光谱, 结合内标法、 温度校正法、 多线法等措施实现了对煤样品中氧含量的精确测量, 其测量精度不低于1.37%, 满足了燃煤电厂对煤质的分析要求。 这种方法可在地矿、 环保、 医药、 材料、 考古、 食品安全、 生化及冶金等领域推广应用。