CN104318978B - 一种包含核壳导电颗粒的导电浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种包含核壳导电颗粒的导电浆料及其制备方法,属于太阳能电池用导电浆料技术领域,该导电浆料包括核壳导电颗粒、玻璃粉、有机载体和助剂,所述核壳导电颗粒为核壳结构,其核为高分子球体,其壳为包覆式导电层。以导电浆料的总量为基准,所述导电浆料包括33‑99wt%的核壳导电颗粒、0.1‑20wt%的玻璃粉、0.1‑25wt%的有机载体和0.1‑25wt%的助剂。该制备方法包括以下步骤:首先制备高分子微球,将制备而成的高分子微球与导电成分结合而形成高分子核/导电成分壳的核壳导电颗粒将制成的核壳导电颗粒与其它辅助成分按照配方制成导电浆料。本发明的有益效果是:该导电浆料可以用于太阳能电池,电子产品电路构建,该导电浆料组合物成本可降低20%‑40%,导电性能优异,颗粒尺寸可控。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池用导电浆料技术领域,特别涉及一种包含核壳导电颗粒的导电浆料,还涉及其制备方法。
背景技术
太阳能作为一种绿色能源,以其取之不竭、无污染、不受地域资源限制等优点越来越受到人们的重视。现有太阳能电池的背面为能在硅片背面形成的n型区域内,使n型硅反型为p型硅,一般通过在太阳能电池的背面印刷导电浆料,形成一个反射光子的铝箔和一个收集电池片背面电流的背电场。后再在背电场和太阳能电池的正面分别印刷银导电浆料形成电极珊线,干燥、烧结后制备太阳能电池电极。
导电浆料一般由导电金属粉、玻璃粉及有机载体组成,现有技术有为对上述性能进行改性,制备性能优良的导电浆料,而在玻璃粉中添加Ga、In、Ta或钨、钼、金粉等功能金属粉,金属粉与玻璃粉机械球磨混合制备金属玻璃混合粉在导电浆料中用做无机粘结剂,改变玻璃粉的线膨胀系数,改善太阳能电池片的弯曲度,提高电池片的光电转换效率。
导电浆料通常包括由树脂材料制成的浆料基体和分散在浆料基体中的银粉颗粒。但是传统的导电浆料具有介于约20至40μΩ/cm的高电阻率,同时其导电率不高。
导电浆料大多采用金属微粒辅以其他添加成分制成,虽然导电性能优越,但成本较高,特别是贵金属银、金等。另外金属微粒越小越有利于导电性,但较小颗粒的金属微粒制备困难。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题,本发明提供了一种包含核壳导电颗粒的导电浆料,另外还涉及其制备方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种包含核壳导电颗粒的导电浆料,其特征在于:该导电浆料包括核壳导电颗粒、玻璃粉、有机载体和助剂,所述核壳导电颗粒为核壳结构,其核为高分子球体,其壳为包覆式导电层。
所述导电浆料还包括紫外光引发剂或紫外光引发剂和光敏剂。
以导电浆料的总量为基准,所述导电浆料包括55-90wt%的核壳导电颗粒、0.4-20wt%的玻璃粉、0.4-15wt%的有机载体、0.3-20wt%的助剂、0.1-10wt%紫外光引发剂和0-10wt%光敏剂。
以导电浆料的总量为基准,所述导电浆料包括55-95wt%的核壳导电颗粒、0.4-20wt%的玻璃粉、0.5-25wt%的有机载体和0.4-10wt%的助剂。
所述核壳导电颗粒直径为10纳米–800微米,所述高分子球体为含有羧基聚合物形成的球体,其直径为8纳米–700微米,所述包覆式导电层成分为金、银、铜或铝。
所述玻璃粉为Pb-B-Si-Zn-Ti-Al-O体系玻璃粉,其中各成分所占质量百分比分别为:PbO 50-70%、B2O32-5%、SiO220-30%、ZnO 1-5%、TiO20.1-5%、Al2O32-8%;所述有机载体为松油醇、松木油、卡必醇、乙基纤维素、丙烯酸酯、硝基纤维素、硬脂酸盐的一种或几种;所述助剂为触变剂、渗透剂、表面活性剂、流平剂、消泡剂、偶联剂的一种或几种。
所述紫外光引发剂为二苯甲酮和/或苯乙酮类;光敏剂为樟脑醌、安息香衍生物、酰基氧化磷、氟化茂钛、二芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐、芳茂铁盐的一种或几种。
一种包含核壳导电颗粒的导电浆料的制备方法,其特征在于:包括以下具体步骤:
(1)制备高分子球体
高分子球体以单体为原料用自由基聚合的方式来制备,以单体为原料制备高分子聚合物球体步骤依次为乳液聚合、无皂乳液聚合、分散聚合、沉淀聚合、悬浮聚合、微乳聚合、细乳聚合而形成高分子球体;
(2)制备核壳导电颗粒
将步骤(1)中高分子球体作为金属源载体,以可溶性金属盐作为金属源,采用醇类作为还原剂,在醇/水组成的介质中,通过还原反应使得金属离子沉积吸附在高分子球体表面,反应结束后经3000-6000r/min离心分离,去除上层液体后再用水分散,重复离心、分散三次,得到分散稳定的以高分子微球为核、导电成分为壳的核壳导电颗粒;
(3)制备有机载体
称取树脂和溶剂,分别倒入带有机械搅拌器的密闭不锈钢容器中,在70-90℃下,高速搅拌溶解,过筛,检验后得到有机载体;
(4)配料混料
将制成的核壳导电颗粒与其它辅助成分按照以下含量配料后混料得到初级导电浆料:
a)以导电浆料的总量为基准,按重量计55%至95%的核壳导电颗粒;
b)以导电浆料的总量为基准,按重量计0.4%至20%的玻璃粉;
c)以导电浆料的总量为基准,按重量计0.5%至25%的有机载体;
d)以导电浆料的总量为基准,按重量计0.4%至10%的助剂;
(5)调整浆料参数
将初级导电浆料经过辊轧至细度为10-14μm,然后调整其粘度为100-200CPS,过滤后检验得到导电浆料。
所述步骤(2)制备核壳导电颗粒中,所述醇/水组成的介质中,醇与水的体积比为1∶0~1:0.8;所述各反应物配比为:高分子球体浓度为1.0~100.0g/L,金属盐浓度为0.1~30g/L;所述还原反应的温度为50℃~100℃,反应时间为1~8小时;所述高分子球体表面吸附金属的粒径为1~40nm。
所述步骤(4)配料混料中核壳导电颗粒与其它辅助成分还可以按照以下含量配料后混料得到初级导电浆料:
a)以导电浆料的总量为基准,按重量计55%至90%的核壳导电颗粒;
b)以导电浆料的总量为基准,按重量计0.4%至20%的玻璃粉;
c)以导电浆料的总量为基准,按重量计0.4%至15%的有机载体;
d)以导电浆料的总量为基准,按重量计0.3%至20%的助剂;
e)以导电浆料的总量为基准,按重量计0.1%至10%的紫外光引发剂;
f)以导电浆料的总量为基准,按重量计0至10%的光敏剂。
本发明的导电浆料及其制备方法所能带来的有益效果是:
(1)本导电浆料可以采用加热或者紫外光辐照方式进行固化;
(2)该导电浆料可以用于太阳能电池和电子产品电路的构建;
(3)该导电浆料组合物中的导电颗粒采用高分子球体为核,金属导电层为壳的结构,减少了金属的使用量,制造成本可降低20%-40%;
(4)该导电浆料的导电性能优异,其中的导电颗粒的尺寸大小可以有效控制。
具体实施方式
下面结合具体实施例详细说明本发明,但本发明并不局限于具体实施例。
实施例1
一种包含核壳导电颗粒的导电浆料,以导电浆料的总量为基准,该导电浆料包括55wt%的核壳导电颗粒、20wt%的玻璃粉、15wt%的有机载体和10wt%的助剂,核壳导电颗粒为核壳结构,其核为高分子球体,其壳为包覆式导电层。
核壳导电颗粒直径为10纳米,高分子球体为含有羧基聚合物形成的球体,其直径为8纳米,包覆式导电层成分为银。
玻璃粉为Pb-B-Si-Zn-Ti-Al-O体系玻璃粉,其中各成分所占质量百分比分别为:PbO 50%、B2O35%、SiO230%、ZnO5%、TiO25%、Al2O35%;有机载体为松油醇;助剂为渗透剂和表面活性剂。
该导电浆料的制备方法,其特征在于:包括以下具体步骤:
(1)制备高分子球体
高分子球体以单体为原料用自由基聚合的方式来制备,以单体为原料制备高分子聚合物球体步骤依次为乳液聚合、无皂乳液聚合、分散聚合、沉淀聚合、悬浮聚合、微乳聚合、细乳聚合而形成高分子球体;
(2)制备核壳导电颗粒
将步骤(1)中高分子球体作为金属源载体,以可溶性金属盐作为金属源,采用醇类作为还原剂,在醇/水组成的介质中,通过还原反应使得金属离子沉积吸附在高分子球体表面,反应结束后经3000r/min离心分离,去除上层液体后再用水分散,重复离心、分散三次,得到分散稳定的以高分子微球为核、导电成分为壳的核壳导电颗粒;
其中,醇/水组成的介质中,醇与水的体积比为1∶0;各反应物配比为:高分子球体浓度为1.0g/L,金属盐浓度为0.1g/L;还原反应的温度为50℃,反应时间为1小时;高分子球体表面吸附金属的粒径为1nm。
(3)制备有机载体
称取树脂和溶剂,分别倒入带有机械搅拌器的密闭不锈钢容器中,在70℃下,高速搅拌溶解,过筛,检验后得到有机载体;
(4)配料混料
将制成的核壳导电颗粒与其它辅助成分按照以下含量配料后混料得到初级导电浆料:
以导电浆料的总量为基准,55wt%的核壳导电颗粒、20wt%的玻璃粉、15wt%的有机载体和10wt%的助剂;
(5)调整浆料参数
将初级导电浆料经过辊轧至细度为10μm,然后调整其粘度为100CPS,过滤后检验得到导电浆料。
实施例2
一种包含核壳导电颗粒的导电浆料,以导电浆料的总量为基准,该导电浆料包括95wt%的核壳导电颗粒、0.4wt%的玻璃粉、0.5wt%的有机载体和4.1wt%的助剂,核壳导电颗粒为核壳结构,其核为高分子球体,其壳为包覆式导电层。
核壳导电颗粒直径为800纳米,高分子球体为含有羧基聚合物形成的球体,其直径为500纳米,包覆式导电层成分为铜。
玻璃粉为Pb-B-Si-Zn-Ti-Al-O体系玻璃粉,其中各成分所占质量百分比分别为:PbO 70%、B2O32%、SiO220%、ZnO1%、TiO22%、Al2O35%;有机载体为松木油和卡必醇;助剂为触变剂和流平剂。
该导电浆料的制备方法,其特征在于:包括以下具体步骤:
(1)制备高分子球体
高分子球体以单体为原料用自由基聚合的方式来制备,以单体为原料制备高分子聚合物球体步骤依次为乳液聚合、无皂乳液聚合、分散聚合、沉淀聚合、悬浮聚合、微乳聚合、细乳聚合而形成高分子球体;
(2)制备核壳导电颗粒
将步骤(1)中高分子球体作为金属源载体,以可溶性金属盐作为金属源,采用醇类作为还原剂,在醇/水组成的介质中,通过还原反应使得金属离子沉积吸附在高分子球体表面,反应结束后经4500r/min离心分离,去除上层液体后再用水分散,重复离心、分散三次,得到分散稳定的以高分子微球为核、导电成分为壳的核壳导电颗粒;
其中,醇/水组成的介质中,醇与水的体积比为1∶0.5;各反应物配比为:高分子球体浓度为25g/L,金属盐浓度为3g/L;还原反应的温度为70℃,反应时间为5小时;高分子球体表面吸附金属的粒径为10nm。
(3)制备有机载体
称取树脂和溶剂,分别倒入带有机械搅拌器的密闭不锈钢容器中,在80℃下,高速搅拌溶解,过筛,检验后得到有机载体;
(4)配料混料
将制成的核壳导电颗粒与其它辅助成分按照以下含量配料后混料得到初级导电浆料:
以导电浆料的总量为基准,95wt%的核壳导电颗粒、0.4wt%的玻璃粉、0.5wt%的有机载体和4.1wt%的助剂;
(5)调整浆料参数
将初级导电浆料经过辊轧至细度为12μm,然后调整其粘度为150CPS,过滤后检验得到导电浆料。
实施例3
一种包含核壳导电颗粒的导电浆料,以导电浆料的总量为基准,该导电浆料包括70wt%的核壳导电颗粒、4.6wt%的玻璃粉、25wt%的有机载体和0.4wt%的助剂,核壳导电颗粒为核壳结构,其核为高分子球体,其壳为包覆式导电层。
核壳导电颗粒直径为20微米,高分子球体为含有羧基聚合物形成的球体,其直径为10微米,包覆式导电层成分为金。
玻璃粉为Pb-B-Si-Zn-Ti-Al-O体系玻璃粉,其中各成分所占质量百分比分别为:PbO65%、B2O33%、SiO221%、ZnO2.9%、TiO20.1%、Al2O38%;有机载体为乙基纤维素、丙烯酸酯和硬脂酸盐;助剂为触变剂、渗透剂、表面活性剂和流平剂。
该导电浆料的制备方法,其特征在于:包括以下具体步骤:
(1)制备高分子球体
高分子球体以单体为原料用自由基聚合的方式来制备,以单体为原料制备高分子聚合物球体步骤依次为乳液聚合、无皂乳液聚合、分散聚合、沉淀聚合、悬浮聚合、微乳聚合、细乳聚合而形成高分子球体;
(2)制备核壳导电颗粒
将步骤(1)中高分子球体作为金属源载体,以可溶性金属盐作为金属源,采用醇类作为还原剂,在醇/水组成的介质中,通过还原反应使得金属离子沉积吸附在高分子球体表面,反应结束后经6000r/min离心分离,去除上层液体后再用水分散,重复离心、分散三次,得到分散稳定的以高分子微球为核、导电成分为壳的核壳导电颗粒;
其中,醇/水组成的介质中,醇与水的体积比为1∶0.8;各反应物配比为:高分子球体浓度为100g/L,金属盐浓度为30g/L;还原反应的温度为100℃,反应时间为8小时;高分子球体表面吸附金属的粒径为30nm。
(3)制备有机载体
称取树脂和溶剂,分别倒入带有机械搅拌器的密闭不锈钢容器中,在80℃下,高速搅拌溶解,过筛,检验后得到有机载体;
(4)配料混料
将制成的核壳导电颗粒与其它辅助成分按照以下含量配料后混料得到初级导电浆料:
以导电浆料的总量为基准,70wt%的核壳导电颗粒、4.6wt%的玻璃粉、25wt%的有机载体和0.4wt%的助剂;
(5)调整浆料参数
将初级导电浆料经过辊轧至细度为14μm,然后调整其粘度为200CPS,过滤后检验得到导电浆料。
实施例4
一种包含核壳导电颗粒的导电浆料,以导电浆料的总量为基准,该导电浆料包括80wt%的核壳导电颗粒、10wt%的玻璃粉、8wt%的有机载体和2wt%的助剂,核壳导电颗粒为核壳结构,其核为高分子球体,其壳为包覆式导电层。
核壳导电颗粒直径为800微米,高分子球体为含有羧基聚合物形成的球体,其直径为700微米,包覆式导电层成分为铝。
玻璃粉为Pb-B-Si-Zn-Ti-Al-O体系玻璃粉,其中各成分所占质量百分比分别为:PbO60%、B2O35%、SiO225%、ZnO4%、TiO23%、Al2O33%;有机载体为松油醇、硝基纤维素、硬脂酸盐;所述助剂为表面活性剂、流平剂、消泡剂和偶联剂。
该导电浆料的制备方法,其特征在于:包括以下具体步骤:
(1)制备高分子球体
高分子球体以单体为原料用自由基聚合的方式来制备,以单体为原料制备高分子聚合物球体步骤依次为乳液聚合、无皂乳液聚合、分散聚合、沉淀聚合、悬浮聚合、微乳聚合、细乳聚合而形成高分子球体;
(2)制备核壳导电颗粒
将步骤(1)中高分子球体作为金属源载体,以可溶性金属盐作为金属源,采用醇类作为还原剂,在醇/水组成的介质中,通过还原反应使得金属离子沉积吸附在高分子球体表面,反应结束后经5000r/min离心分离,去除上层液体后再用水分散,重复离心、分散三次,得到分散稳定的以高分子微球为核、导电成分为壳的核壳导电颗粒;
其中,醇/水组成的介质中,醇与水的体积比为1∶0.6;各反应物配比为:高分子球体浓度为50g/L,金属盐浓度为15g/L;还原反应的温度为90℃,反应时间为6小时;高分子球体表面吸附金属的粒径为40nm。
(3)制备有机载体
称取树脂和溶剂,分别倒入带有机械搅拌器的密闭不锈钢容器中,在85℃下,高速搅拌溶解,过筛,检验后得到有机载体;
(4)配料混料
将制成的核壳导电颗粒与其它辅助成分按照以下含量配料后混料得到初级导电浆料:
以导电浆料的总量为基准,80wt%的核壳导电颗粒、10wt%的玻璃粉、8wt%的有机载体和2wt%的助剂;
(5)调整浆料参数
将初级导电浆料经过辊轧至细度为13μm,然后调整其粘度为180CPS,过滤后检验得到导电浆料。
实施例5
该实施例与实施例1除以下参数不同外,其他内容均相同:
(1)以导电浆料的总量为基准,该导电浆料包括55wt%的核壳导电颗粒、20wt%的玻璃粉、5wt%的有机载体、10wt%的助剂和10wt%紫外光引发剂。
(2)紫外光引发剂为二苯甲酮。
实施例6
该实施例与实施例2除以下参数不同外,其他内容均相同:
(1)以导电浆料的总量为基准,该导电浆料包括60wt%的核壳导电颗粒、0.4wt%的玻璃粉、15wt%的有机载体、20wt%的助剂、0.1wt%紫外光引发剂和4.5wt%光敏剂。
(2)紫外光引发剂为二苯甲酮;光敏剂为樟脑醌。
实施例7
该实施例与实施例3除以下参数不同外,其他内容均相同:
(1)以导电浆料的总量为基准,该导电浆料包括80wt%的核壳导电颗粒、2wt%的玻璃粉、2wt%的有机载体、4wt%的助剂、2wt%紫外光引发剂和10wt%光敏剂。
(2)紫外光引发剂为苯乙酮;光敏剂为安息香衍生物和酰基氧化磷。
实施例8
该实施例与实施例4除以下参数不同外,其他内容均相同:
(1)以导电浆料的总量为基准,该导电浆料包括90wt%的核壳导电颗粒、6wt%的玻璃粉、0.4wt%的有机载体、0.3wt%的助剂、3wt%紫外光引发剂和0.3wt%光敏剂。
(2)紫外光引发剂为二苯甲酮和苯乙酮;光敏剂为氟化茂钛、二芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐和芳茂铁盐。
Claims (9)
1.一种包含核壳导电颗粒的导电浆料,其特征在于:该导电浆料包括核壳导电颗粒、玻璃粉、有机载体和助剂,所述核壳导电颗粒为核壳结构,其核为高分子球体,其壳为包覆式导电层;
所述核壳导电颗粒直径为10纳米–800微米,所述高分子球体为含有羧基聚合物形成的球体,其直径为8纳米–700微米,所述包覆式导电层成分为金、银、铜或铝。
2.根据权利要求1所述的一种包含核壳导电颗粒的导电浆料,其特征在于:所述导电浆料还包括紫外光引发剂或紫外光引发剂和光敏剂。
3.根据权利要求2所述的一种包含核壳导电颗粒的导电浆料,其特征在于:以导电浆料的总量为基准,所述导电浆料包括55-90wt%的核壳导电颗粒、0.4-20wt%的玻璃粉、0.4-15wt%的有机载体、0.3-20wt%的助剂、0.1-10wt%紫外光引发剂和0-10wt%光敏剂。
4.根据权利要求1所述的一种包含核壳导电颗粒的导电浆料,其特征在于:以导电浆料的总量为基准,所述导电浆料包括55-95wt%的核壳导电颗粒、0.4-20wt%的玻璃粉、0.5-25wt%的有机载体和0.4-10wt%的助剂。
5.根据权利要求1所述的一种包含核壳导电颗粒的导电浆料,其特征在于:所述玻璃粉为Pb-B-Si-Zn-Ti-Al-O体系玻璃粉,其中各成分所占质量百分比分别为:PbO 50-70%、B2O32-5%、SiO2 20-30%、ZnO 1-5%、TiO2 0.1-5%、Al2O3 2-8%;所述有机载体为松油醇、松木油、卡必醇、乙基纤维素、丙烯酸酯、硝基纤维素、硬脂酸盐的一种或几种;所述助剂为触变剂、渗透剂、表面活性剂、流平剂、消泡剂、偶联剂的一种或几种。
6.根据权利要求2所述的一种包含核壳导电颗粒的导电浆料,其特征在于:所述紫外光引发剂为二苯甲酮和/或苯乙酮;光敏剂为樟脑醌、安息香衍生物、酰基氧化磷、氟化茂钛、二芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐、芳茂铁盐的一种或几种。
7.一种包含核壳导电颗粒的导电浆料的制备方法,其特征在于:包括以下具体步骤:
(1)制备高分子球体
高分子球体以单体为原料用自由基聚合的方式来制备,以单体为原料制备高分子聚合物球体步骤依次为乳液聚合、无皂乳液聚合、分散聚合、沉淀聚合、悬浮聚合、微乳聚合、细乳聚合而形成高分子球体;
(2)制备核壳导电颗粒
将步骤(1)中高分子球体作为金属源载体,以可溶性金属盐作为金属源,采用醇类作为还原剂,在醇/水组成的介质中,通过还原反应使得金属离子沉积吸附在高分子球体表面,反应结束后经3000-6000r/min离心分离,去除上层液体后再用水分散,重复离心、分散三次,得到分散稳定的以高分子微球为核、导电成分为壳的核壳导电颗粒;
(3)制备有机载体
称取树脂和溶剂,分别倒入带有机械搅拌器的密闭不锈钢容器中,在70-90℃下,高速搅拌溶解,过筛,检验后得到有机载体;
(4)配料混料
将制成的核壳导电颗粒与其它辅助成分按照以下含量配料后混料得到初级导电浆料:
a)以导电浆料的总量为基准,按重量计55%至95%的核壳导电颗粒;
b)以导电浆料的总量为基准,按重量计0.4%至20%的玻璃粉;
c)以导电浆料的总量为基准,按重量计0.5%至25%的有机载体;
d)以导电浆料的总量为基准,按重量计0.4%至10%的助剂;
(5)调整浆料参数
将初级导电浆料经过辊轧至细度为10-14μm,然后调整其粘度为100-200CPS,过滤后检验得到导电浆料。
8.根据权利要求7所述的一种包含核壳导电颗粒的导电浆料的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)制备核壳导电颗粒中,所述醇/水组成的介质中,醇与水的体积比为1∶0~1:0.8;高分子球体浓度为1.0~100.0g/L,金属盐浓度为0.1~30g/L;所述还原反应的温度为50℃~100℃,反应时间为1~8小时;所述高分子球体表面吸附金属的粒径为1~40nm。
9.根据权利要求7所述的一种包含核壳导电颗粒的导电浆料的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)配料混料中核壳导电颗粒与其它辅助成分按照以下含量配料后混料得到初级导电浆料:
a)以导电浆料的总量为基准,按重量计55%至90%的核壳导电颗粒;
b)以导电浆料的总量为基准,按重量计0.4%至20%的玻璃粉;
c)以导电浆料的总量为基准,按重量计0.4%至15%的有机载体;
d)以导电浆料的总量为基准,按重量计0.3%至20%的助剂;
e)以导电浆料的总量为基准,按重量计0.1%至10%的紫外光引发剂;
f)以导电浆料的总量为基准,按重量计0至10%的光敏剂。
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CN201410579462.3A CN104318978B (zh) | 2014-10-25 | 2014-10-25 | 一种包含核壳导电颗粒的导电浆料及其制备方法 |
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