最新刊期
      2023 年 第 44 卷 11 期

        封面文章

      • 梅开元,霍斯铭,于荣梅,纪文宇
        2023, 44(11): 1885-1893. DOI: 10.37188/CJL.20230198
        摘要：氧化锌（ZnO）作为一种优异的电子传输材料，广泛应用于高性能量子点电致发光器件（QLED）中。然而，由于ZnO层较高的电荷传输速率，导致器件中过多的电子注入，使得器件内部的载流子不平衡，降低了器件的效率。此外，ZnO的易潮解性质使得其与电极之间的接触容易受到外界环境（水分和氧气）影响，从而影响器件的存储稳定性，这在倒置结构的QLED中尤为明显。为解决上述问题，我们利用MoO3/ZnO作为电荷产生层（CGL）来制备倒置结构的QLED。这一结构改善了器件的载流子不平衡问题，使得器件的最大电流效率从12.8 cd/A提升到了15.7 cd/A。此外，CGL无需有电极注入电荷，而是通过电场的作用产生电荷，注入到发光层中，这降低了电极界面对器件性能的影响，从而大大提高了器件的稳定性。  
        关键词：电荷产生层;电荷储存;过冲;瞬态电致发光   
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        发布时间：2023-11-27

        发光学基础知识

      • 翟月利,徐坚
        2023, 44(11): 1894-1903. DOI: 10.37188/CJL.20230166
        摘要：伴随大功率LED和激光照明技术的快速进步，相关的材料学研究也越来越多地涉及到封装技术、光学设计、模块化、光热一体化等内容。在此背景下，研究者在专注于优化荧光材料性能的基础上，需要越来越多地涉及基于光度学参数的材料设计。因此，系统掌握相关光度学参数的定义和表征原理，可对新型荧光材料的设计和开发起到促进作用。本文旨在向荧光材料领域简明扼要地介绍包括“光强”、“光出射度”、“光亮度”、“光照度”等参数在内的光度学基础知识，并结合实际的研究案例，阐述上述参数的测试方法和原理。最后展望以各光度学参数为导向的研究策略，为相关荧光材料的研究提供思路。  
        关键词：荧光材料;固态照明;光度学;激光照明   
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        发布时间：2023-11-27

        材料合成及性能

      • 马道远,刘云正,夏李斌
        2023, 44(11): 1904-1922. DOI: 10.37188/CJL.20230098
        摘要：近年来，白光LED因其节能、环保、长寿命等优点已成为市场主流照明。高性能红色荧光粉是改善白光LED显色性的重要材料。Mn4+激活氟氧化物红色荧光粉兼具了氟化物的良好发光性能和氧化物的高稳定性，当前已成为了一个研究热点。本文综述了多种以Mn4+为激活剂的氟氧化物红色荧光粉，从晶体场理论以及热猝灭机理的角度出发，分类详述了各荧光粉晶体结构对发光性能的影响关系，以期为改善Mn4+激活氟氧化物荧光粉发光性能提供理论指导。最后总结了Mn4+激活氟氧化物红色荧光粉的优缺点和研究中存在的问题，并对未来的发展趋势进行了展望。  
        关键词：发光材料;Mn4+;氟氧化物;红色荧光粉;白光LED   
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        发布时间：2023-11-27
      • 刘生伟,魏钦华,童宇枫,郑中秋,尹航,唐高,张素银,秦来顺
        2023, 44(11): 1923-1930. DOI: 10.37188/CJL.20230201
        摘要：Ce3+掺杂的钾冰晶石结构的卤化物闪烁晶体因具有优异的闪烁性能，得到了广泛的关注。本文采用坩埚下降法成功制备了1英寸高质量Ce3+掺杂Cs2LiLa（Br，Cl）6闪烁晶体。通过X射线衍射谱、EDS、X 射线光电子谱等手段对Cs2LiLa（Br，Cl）6∶Ce晶体的晶体结构和组分进行了分析，结果表明Cl-成功掺入基质材料后晶体结构未发生明显变化。光致发光荧光光谱、X射线激发发射光谱、紫外荧光衰减等结果表明，Cl-掺杂后未产生新的发光中心，紫外衰减时间约为28 ns。最后测试了晶体在137Cs@662 keV的伽马源和252Cf源下的能谱，发现晶体具有优异的能量分辨率（4.2%@662 keV）和中子甄别性能（FOM值达到1.9），在核辐射探测领域具有巨大的应用前景。  
        关键词：Cs2LiLa（Br，Cl）6∶Ce;闪烁晶体;坩埚下降法;中子/伽马甄别   
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        发布时间：2023-11-27
      • 安欣,岳杨,朱楠楠,段伯松,何青山,徐旭辉,谢俊奎,仇广宇,王婷,余雪
        2023, 44(11): 1931-1939. DOI: 10.37188/CJL.20230206
        摘要：防伪技术的提升关乎国家安全和社会稳定，对于当今社会信息安全领域十分重要。光存储荧光材料由于其成本低、分辨率高和响应速度快等特点在防伪领域展现出巨大优势。然而，荧光材料防伪模式单一以及对激发波长要求较高等一系列问题，一定程度上限制了其实际应用。SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+（SAO∶Eu2+，Dy3+）作为最成功的长余辉发光材料，在弱光照明、发光涂料和道路指示标牌等领域具有广泛的应用。其长余辉现象归因于载流子在室温下受热扰动释放的过程，且依赖于有效陷阱的数量和浓度。因此，在该材料中构建陷阱将有效拓展其光存储的相关性能，一直受到关注。本文通过在光存储荧光材料SAO∶Eu2+，Dy3+中引入Tm3+离子可以调控陷阱密度及结构，在减少浅陷阱密度的同时增加了深陷阱浓度，进而有效调控载流子在陷阱中的存储与释放过程。通过980 nm近红外激光诱导深陷阱释放载流子可再次被浅陷阱捕获，表现出明显的光激励长余辉发射。基于此，本工作探索了一种温度和时间维度的多模式防伪技术，实现二进制编码的读写。因此，本工作通过对SAO∶Eu2+，Dy3+的陷阱调控实现动态防伪和光学信息存储，可拓展该荧光材料在信息安全领域的应用。  
        关键词：光激励发光;长余辉;光学存储;光激励诱导长余辉   
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        发布时间：2023-11-27
      • 李敏,孙晓园,范小暄,刘椿淼,娄文静,田宛鹭,李昊翔,骆永石
        2023, 44(11): 1940-1949. DOI: 10.37188/CJL.20230147
        摘要：采用高温固相法制备了颜色可调的Sr6Lu2-2xAl4O15∶xTb3+荧光粉，并研究了其晶体结构、发光特性和浓度猝灭机理。研究了Tb3+浓度对样品发光性质的影响。在紫外光激发下，当x=0.01时，Tb3+的5D3⁃7F6跃迁强度最强，峰值位于381 nm；当x=0.15时，Tb3+的5D4⁃7F5跃迁强度最强，峰值位于545 nm。随着Tb3+掺杂浓度的升高，样品的发光颜色从蓝光变为黄绿光。分析了Sr6Lu2-2xAl4O15∶xTb3+荧光粉的浓度猝灭机理。测量了荧光粉的荧光寿命、热稳定性、量子效率。结果表明，Sr6Lu2-2xAl4O15∶xTb3+是一种新型的发光颜色可调的荧光粉。  
        关键词：荧光粉;光致发光;颜色可调;Tb3+掺杂   
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        发布时间：2023-11-27
      • 赵梦真,李超,张凤,万柄亿,李冰,刘洁,王飞久
        2023, 44(11): 1950-1957. DOI: 10.37188/CJL.20230129
        摘要：相变是调节材料性能的一种有效方法，在介电、光电、光致发光等领域有着广泛的应用。本文采用水热法合成未知相CsAgCl2，并通过升温和Eu3+掺杂将CsAgCl2从未知相转变为正交相。制备的Eu3+掺杂的CsAgCl2具有较高的光学温度灵敏度，在荧光强度模式和荧光寿命模式下的最大相对灵敏度分别为3.63%·K-1和3.20%·K-1。结果表明，CsAgCl2是一种很有前途的高灵敏度光学温度传感材料。  
        关键词：相变;光学温度传感;水热合成;CsAgCl2;Eu3+掺杂   
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        发布时间：2023-11-27
      • 高华波,陈奇,陈文超,闵鑫,马斌
        2023, 44(11): 1958-1966. DOI: 10.37188/CJL.20230175
        摘要：采用高温固相法合成了一种新型的Yb3+和Ho3+共掺杂的Ba3In（PO4）3上转换荧光粉，并研究了其晶体结构、上转换发光及能量传递机制。在980 nm激光激发下，Yb3+吸收能量并传递至Ho3+；此外，激光功率对于荧光粉发光颜色无明显影响，发光颜色主要集中在橙黄色区域（0.543，0.452）。测得0.05Yb3+和0.032Ho3+掺杂的荧光粉的荧光寿命约为467.61 μs。还测量了该荧光粉温度依赖的发光光谱，并计算了其用作光学温度计的绝对灵敏度（Sa）和相对灵敏度（Sr）。结果表明，该荧光粉具有良好的热稳定性，423 K时的发射强度仍保持在室温的81.68%，5S2，5F4→5I8、5F5→5I8跃迁的ΔE分别约为0.19 eV和0.27 eV。此外，其Sa和Sr最大值分别为0.31%·K-1和0.09%·K-1（573 K）。  
        关键词：荧光粉;上转换发光;温度传感性能   
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        发布时间：2023-11-27
      • 于海鑫,王海珠,郎天宇,吕明辉,徐睿良,范杰,邹永刚
        2023, 44(11): 1967-1973. DOI: 10.37188/CJL.20230202
        摘要：InGaAs/AlGaAs多量子阱（MQWs）作为一种常见的Ⅲ⁃Ⅴ族外延材料，通常应用于半导体激光器和太阳能电池等领域。然而，由于量子阱的势阱层和势垒层生长温度不同，铟原子的偏析和多量子阱生长质量较差等问题尚未得到很好的解决。本文设计了一种砷化镓（GaAs）材料作为插入层（ISL），并用于InGaAs/AlGaAs MQWs的结构。PL、XRD、AFM测试表明，GaAs插入层保证了MQWs结构中更多的辐射复合，阻止了铟原子的偏析。但GaAs插入层的引入也会产生“局域态”， 影响量子阱的发光性质。本研究可以加深对InGaAs/AlGaAs多量子阱辐射复合机制的理解，并且对引入GaAs插入层的InGaAs/AlGaAs多量子阱发光性质的研究具有重要意义。  
        关键词：InGaAs/AlGaAs多量子阱;局域态;插入层;金属有机化合物气相外延（MOCVD）   
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        发布时间：2023-11-27
      • 邓建阳,贺龙飞,武智波,李睿,徐明升,王成新,徐现刚,冀子武
        2023, 44(11): 1974-1980. DOI: 10.37188/CJL.20230213
        摘要：利用磁控溅射和金属有机化学气相沉积方法在c面蓝宝石衬底上生长了深紫外Al0.38Ga0.62N/Al0.55Ga0.45N多量子阱结构，并对其荧光（PL）谱进行了测量。其PL谱的激发密度依赖性测量结果表明，该量子阱的辐射过程包含了局域载流子的散射、极化场的屏蔽和局域态的填充效应；其PL谱的温度依赖性测量结果则表明，该量子阱的辐射过程包含了局域载流子的弛豫、局域载流子的热激发和自由载流子的常规热化效应。这个现象（即多种辐射复合过程的存在）在低温和弱激发测试条件下尤为显著，并且表现出该量子阱结构具有显著的局域深度非均一性和载流子的局域效果，是浅局域载流子的散射效应和深局域态的载流子填充效应共同作用所致。在较低的温度范围内，随着温度升高，该量子阱的辐射过程是由浅局域载流子的弛豫效应和深局域载流子的热激发效应共同作用的结果。这些行为被归因于阱宽起伏所诱发的局域深度的非均一性和载流子的局域效果。  
        关键词：深紫外LED;AlGaN多量子阱;光致发光;载流子局域效应   
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        发布时间：2023-11-27
      • 刘子江,苗润泽,任卫杰,张宇飞,宋凯,孟帅,张瑞,李坤,秦振兴
        2023, 44(11): 1981-1989. DOI: 10.37188/CJL.20230199
        摘要：元素掺杂对调节碳点多色发光有着至关重要的作用。然而，目前碳点的可调荧光发射在固态下难以实现，这是因为会发生严重的聚集诱导猝灭（AIQ）现象以及存在制备工艺繁琐等问题。本文报道了一种以间苯三酚为碳源、硼酸为硼元素掺杂剂、尿素为氮元素掺杂剂，采用固相法，微波一步直接制备的氮硼共掺杂固态荧光碳点。随着氮和硼元素含量的变化，所得固态碳点的发光颜色经历黄色、绿色到蓝色的变化。表征分析发现氮和硼元素的掺杂在碳点表面形成了不同的结构和表面官能团，随着氮和硼元素掺杂含量的提高，其中石墨氮、N—C以及B—O/B—N 基团的协同作用导致了碳点发光颜色蓝移，且荧光发光效率增强。此外，鉴于这些固体碳点材料呈现出优异的多色发光性能，选择发光性能最佳的黄色、绿色和蓝色固态荧光碳点作为固态荧光粉末，制备得到了白光发光二极管（WLED）器件。这些器件均具有优良的色度指标，暖白光区发光和个别器件节能高效的工作特性表明这些发光材料在照明领域具有潜在应用前景。  
        关键词：固态碳点;氮硼共掺杂;发光调控;发光二极管   
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        发布时间：2023-11-27
      • 张培,柴鑫毅,李少君,任林娇,郑一博,秦自瑞,张吉涛,张庆芳,姜利英
        2023, 44(11): 1990-2001. DOI: 10.37188/CJL.20230173
        摘要：通过溶剂热反应法制备了N和O含量不同的碳量子点（CQDs）溶液，利用“点击”化学反应将CQDs与非计量硫醇⁃烯（OSTE）聚合物交联固化，形成CQDs/OSTE复合材料。固化后，O⁃CQDs的荧光量子产率从液态下的2.6%提高到16.5%，增大倍数约为6倍；N，O⁃CQDs的荧光量子产率从液态下的4.5%提高到17.6%，增大倍数约为4倍。通过微结构和光学特性分析，我们认为交联固化后与氧相关的非辐射复合中心减少、非辐射跃迁过程抑制以及N和S的协同效应是提高CQDs材料发光效率的主要原因。本文的研究成果有望为CQDs的固态转化、表面功能化以及荧光增强提供一种有效、便捷的方法，从而促进CQDs在发光二极管、激光器和发光太阳能聚光器等领域的应用。  
        关键词：碳量子点;非计量硫醇-烯聚合物;交联增强荧光;表面态;与氧相关的发光中心   
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        发布时间：2023-11-27
      • 丁镠,康守旺,王羽,邓志峰,赵中国
        2023, 44(11): 2002-2010. DOI: 10.37188/CJL.20230177
        摘要：由于聚集诱导猝灭效应（ACQ）的存在极大地限制了碳点（CDs）在固态领域的应用，本文采用环保、低成本的一步溶剂热法制备了一类氮/硫掺杂具有高荧光量子产率（PLQY）和AIE效应的新型CDs（G⁃CDs），并对其结构和光学性质进行了分析和表征。G⁃CDs在溶液中表现出蓝色发射（λ=400 nm），而在聚集状态或粉末态下则表现为绿色发射（λ=500 nm），并测得粉末的PLQY为48.6%。随着水的浓度增加，G⁃CDs发生聚集荧光发射红移，证实了CDs的AIE特性。基于这种独特的双发射特点和AIE效应，G⁃CDs在信息加密、油墨印刷和发光照明方面具有重要的应用潜力。  
        关键词：碳点;聚集诱导猝灭（ACQ）;聚集诱导发射（AIE）;防伪应用   
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        发布时间：2023-11-27

        器件制备及器件物理

      • 张楠,谢启杰,纳全鑫,骆登峰,贾思琪,王恺
        2023, 44(11): 2011-2026. DOI: 10.37188/CJL.20230185
        摘要：随着全球数据流量的不断增长，硅基光子集成电路已经成为高性能芯片内/芯片间光通信领域中一个极具发展潜力的研究方向。然而，由于本征硅的发光效率极低，硅基片上光源成为光子集成电路中最具挑战性的元器件。为了解决缺乏原生光源的问题，硅基集成的Ⅲ⁃Ⅴ族半导体激光器已经得到了广泛研究，该激光器提供了优越的光学和电学性能。值得注意的是，在Ⅲ⁃Ⅴ族半导体激光器中使用量子点作为增益介质已经引起了诸多关注，因为它具有多种优点，如对晶体缺陷的容忍度高、温度敏感度低、阈值电流密度低和反射灵敏度低等。使用量子点的激光增益区在光子集成方面相比量子阱有许多改进。增益带宽可以根据需要进行设计优化，并在整个近红外光范围内实现激射。量子态与周围材料的大能级分离使其获得了优异的高温性能和亚皮秒时间尺度的增益恢复。本文从量子点材料及量子点激光器、基于晶圆键合技术、基于倒装键合技术、基于直接外延生长技术等多个角度，综述了硅基Ⅲ⁃Ⅴ族半导体量子点激光器的最新研究进展，并对其未来前景和挑战进行了探讨。  
        关键词：硅光子学;片上量子点激光器;光子集成   
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      • 吴健宏,杜仕峰,高昀,王海龙,陈玲芝,王志超,薄勇,崔大复,彭钦军
        2023, 44(11): 2027-2032. DOI: 10.37188/CJL.20230174
        摘要：报道了一种结构紧凑、高效率、高功率的2 μm棒状Tm∶YAG激光器。通过优化设计三向激光二极管（LD）侧面泵浦激光模块，提高了晶体棒内泵浦光的功率密度。激光谐振腔采用平平腔结构，包含单个激光模块，几何腔长为88 mm，整台激光器结构简单、紧凑且体积小。激光模块通过一个水冷机进行冷却，在冷却温度为12 ℃条件下，获得了最高功率为119 W、波长为2.02 μm的激光输出，光⁃光转换效率为19.6%，斜率效率达32.7%。该激光器可在最大输出功率下连续稳定运转2 h，功率波动小于1％，晶体端面及光学元件表面不结霜。实验测得x和y方向的光束质量因子分别为21.01和21.68。这种紧凑、可靠、高效的百瓦级2 μm激光器对于医疗和科学研究等应用具有重要意义。  
        关键词：激光器;Tm∶YAG;棒状晶体;LD侧面泵浦;2 μm;结构紧凑   
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      • 姚广平,文超,刘佳澎,苏子生
        2023, 44(11): 2033-2040. DOI: 10.37188/CJL.20230196
        摘要：利用一维太阳能电池仿真软件SCAPS对全无机钙钛矿太阳能电池中缺陷对器件性能的影响进行了研究。研究表明，在ITO/SnO2/CsPbI3/CuI/Au电池中，CuI/CsPbI3界面和CsPbI3光活性层缺陷密度对器件的性能具有较大影响。随着缺陷密度增大，器件的开路电压、短路电流、填充因子和光电转化效率均减小，尤其是当缺陷密度大于1015 cm-3后，器件性能显著下降。相反地，CsPbI3/SnO2界面缺陷对器件性能无显著影响。通过优化器件的缺陷密度、光活性层的厚度和受主掺杂浓度，全无机钙钛矿太阳能电池的光电转化效率可以达到20%以上。  
        关键词：钙钛矿太阳能电池;全无机;缺陷;仿真   
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        发布时间：2023-11-27

        发光学应用及交叉前沿

      • 李雅珍,王喜龙,田跃,吴建红,田彦婷,田碧凝
        2023, 44(11): 2041-2056. DOI: 10.37188/CJL.20230126
        摘要：多光子成像具有零背景下可见光信号输出的优势，但传统多光子探针激发域值高、光稳定性差的问题使其在生物应用中受到限制。基于稀土上转换的无机纳米粒子可在相对较低的激发光功率密度下实现稳定的上转换发光，因而成为一种重要的多光子探针。随着成像技术的进步，对上转换纳米粒子的研究正在从聚集体形式向单颗粒水平发展。单颗粒研究上转换发光不仅有利于排除环境因素的干扰，并且呈现出一系列与聚集体研究不尽一致的理论成果。由于单颗粒研究平台更加接近于探针生物成像的工作环境，因此在这一水平下对上转换纳米粒子进行材料优化与物理机制分析更贴近实际应用。本文从多光子发光机制与材料出发，重点围绕着单颗粒水平下上转换纳米粒子近年来的研究成果与应用进展进行了综述，最后对其未来的研究方向进行了展望。  
        关键词：多光子探针;上转换纳米粒子;单颗粒成像;生物应用   
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        发布时间：2023-11-27
      • 张龙,黄众熙,沈倩,鞠霖杰,吴琼,余昌敏
        2023, 44(11): 2057-2075. DOI: 10.37188/CJL.20230128
        摘要：活性酶普遍存在于各种生命活动中，一些疾病与活性酶的异常表达息息相关，精确检测酶的表达水平以及原位成像，为相关疾病的诊断与治疗提供了有力的判断依据。至今，大量的检测技术已经开发出来，其中以分子荧光探针为代表的光学技术具有非侵袭性以及灵敏度高、检测限低、响应时间快和生物相容性好等优势，在检测活性酶上备受青睐。然而，在使用分子荧光探针检测时，由于小分子容易在酶活性位点发生扩散，无法定位，导致探针时空分辨率较差。因此，为提高成像检测的时空分辨率、降低背景干扰和假阳性，原位成像的设计理念随之提出，已成为生物光学成像的研究热点之一。目前，研究者已报道多种分子荧光探针用于酶的原位成像的设计并取得显著效果。本文将深入介绍用于活性酶检测的分子荧光探针的设计策略及其在原位成像中的研究进展，希望为该领域的研究者们提供一些启发。  
        关键词：原位成像;分子荧光探针;活性酶;研究进展   
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        发布时间：2023-11-27
      • 闵华,刘丽,夏继绩,徐陈,唐思祎,李颖
        2023, 44(11): 2076-2080. DOI: 10.37188/CJL.20230179
        摘要：设计合成了一种Eu3+离子功能化的聚合物基稀土杂化探针。利用苯甲酰三氟丙酮（BFA）与镧系Eu3+进行配位反应得到配合物Eu（BFA）3后再进一步与MMA单体进行聚合制备得到聚合物杂化探针分子Eu⁃（BFA）3@PMMA，对Eu（BFA）3@PMMA的结构和荧光性能进行了详细的探究，并且将其用于肿瘤标志物唾液酸（SA）的传感检测应用。研究结果表明，SA能对Eu（BFA）3@PMMA的荧光产生明显的猝灭效果。此外，在最佳激发波长为325 nm时进行荧光性能对比实验发现Eu（BFA）3@PMMA对SA具有较强的选择性和抗干扰能力，且检出限较低。  
        关键词：镧系配合物;杂化探针;唾液酸;荧光传感   
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        发布时间：2023-11-27
      • 2023, 44(11): 2081-2084.
          
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