• 材料沉積噴墨打印及
    涂層系統解決方案

    我們的應用

    基于Inkjet、EHD、Ultra-sonic等技術積累,搭建材料噴墨打印與涂層研究與 應用平臺,從科研到產業為您提供解決方案。

    <p>大氣物理水汽標定、霧化、爆炸物探測、微液滴數理研究等。</p>

    其他

    大氣物理水汽標定、霧化、爆炸物探測、微液滴數理研究等。

    典型案例

    • ▲ NASA實驗艙太空觀測探索微重力環境中自由懸浮液晶的特性

      美國宇航局在微重力環境中的減重拋物線軌道飛行的初始測試中使用了MicroFab的微分配器??臻g近晶質島的觀察與分析(OASIS)項目正在探索微重力環境中自由懸浮液晶的特性。 MicroFab的噴墨分配器用于在液晶表面上沉積液滴。分配器在2014年在國際空間站上飛行的設備上安裝,在那里進行完整的實驗。 上圖顯示了使用MicroFab噴墨分配器的氣泡室。 空間近晶質島(OASIS)甘油/水填充物的觀察和分析:在每個樣品容器上用甘油/水填充Inkjet液滴設備,用于最終實驗協議,并更換硬盤驅動器。OASIS研究液晶在微重力下的獨特行為,包括它們的整體運動和被稱為近晶島的晶體層的合并。液晶用于電視和時鐘的顯示屏,它們也存在于肥皂和細胞膜中。該實驗允許對這些結構的行為進行詳細研究,以及微重力如何影響它們像液體和固體晶體一樣起作用的獨特能力。

    • ▲ 大氣物理水汽標定

      MicroFab的皮升級微液滴發生系統可用于大氣探測。液滴測量范圍2~50μm。

    • ▲ 大氣化學研究

      MicroFab的皮升級微液滴發生系統可用于大氣微量氣體,氣溶膠,大氣放射性物,冰核,單顆粒物分析,氣溶膠-云交互作用等相關研究。

    • ▲ 液滴撞擊研究

      相關研究團隊采用高速視頻成像來研究影響自由懸浮的近晶液晶薄膜的幾皮升體積的微滴(由配有MicroFab的MJ-ATP-01噴頭的微液滴發生系統生成)。根據撞擊參數,特別是液滴速度和質量,觀察到三種不同的狀態,例如捕獲、回彈和隧穿??焖僖旱瓮耆┩副∧?。在它們通過薄膜后,它們被涂上一層薄膜材料,而原始的近晶薄膜保持完整。在某個中間速度范圍內的液滴從薄膜反彈回來。撞擊后,薄膜變形并將液滴拋回,消耗大量初始動能(上圖為沖擊速度為4.8m/s的液滴和具有相同速度的衛星液滴從薄膜上彈回。衛星液滴激發初級液滴的振蕩,因此當液滴具有扁長的形狀和與薄膜的短接觸線時,它可以離開近晶薄膜。圖像是減去背景的。圖像尺寸為170μm×170μm。每幀中的時間以微秒為單位,相對于液滴與薄膜的第一次接觸。)。緩慢的液滴被捕獲并嵌入薄膜中。在沖擊和隧穿過程中,會損失大量的動能。在液滴撞擊期間以及隨后的薄膜和液滴的機械振動和振蕩期間,能量被部分耗散??梢岳酶咚僖旱蔚乃泶┻^程來制備具有明確尺寸的近晶殼,其中包含幾皮升不混溶的液體。

    • ▲ 納米尺度液滴的撞擊動力學研究

      納米尺度液滴鋪展與回縮動力學研究等微流體數理研究。

    • ▲ 農藥精確變量噴施研究

      ?農藥精確變量噴施技術一直是智能化植保機械的重要研究內容,一直是精細化農業領域的研究熱點。農藥精確噴施牽涉到農藥的有效利用、農產品安全、環境污染和操作者的人身安全等眾多問題。如何按照農業要求快速準確地進行噴施作業,并使其具有良好的霧化特性和均勻性是噴施的關鍵要素。 農藥霧滴在葉片表面的沉積、潤濕和粘附行為在植物保護中至關重要,因為對它們的研究能有效減少化學品浪費和環境污染。實際中數以百萬計的直接作用于植物表面的農藥霧滴會到達非目標地點,且這些農藥在降落途中可能被風吹離軌道,也可能從植被表面反彈回來。這種偏差導致施藥效果降低且施藥頻率增加,因此,將大多數液滴定位在目標表面以防止化學物質損失在農藥植保中是一個非常值得關注的問題。解決這一問題的方法包括用表面活性劑改變農藥制劑的流變性質,并對噴霧液滴進行靜電充電,以增強在葉片表面的沉積和擴散效果。表面活性劑的加入起到發泡或消泡、穩定或緩沖以及潤濕或粘附性質的作用,并降低制劑的界面張力以增強液滴的沉積。來自有機硅氧烷、聚電解質和乙氧基化合物的表面活性劑已被試驗證明有效,其效力取決于濃度水平。雖然表面活性劑農藥復合物改善了植物表面的液滴沉積,但它受到葉片方向和表面形態、液滴行為和施用系統的抑制。親水或疏水葉片表面在正面-背面部分暴露于噴霧液滴決定了沉積效率。噴射液滴的電荷疊加也增強了極性吸引和環繞沉積。高電壓施加為液滴提供了特有的負電荷,以吸引葉片結構中的正離子。在不同的各向異性的情況下,表面活性劑-農藥配方和電極荷電率的組合效應可以最大化液滴在不同葉片表面上的沉積和擴散。 江蘇大學課題組利用自己設計的藥物液滴觀測分析平臺研究了不同濃度的表面活性劑和農藥制劑在疏水性葉片正面的原位帶電單尺寸液滴行為。實驗平臺可以研究溶液電導率、液滴荷電率、表面張力、靜態接觸角、疏水性葉片表面上的沉積和潤濕面積。定制的液滴發生器與開發的感應電極噴嘴帽相結合,用于產生帶電的單一尺寸的液滴。該模型包括一個注射針頭,通過頭部泵的振蕩運動將帶電液滴流分配到葉片表面。注射器的不銹鋼針頭長度為5毫米,直徑為0.71毫米,容量為2.5毫升,可產生2至5微升的單個液滴。針頭固定在噴嘴帽內,每側有兩個30 × 10 × 3毫米的電極,并連接到容量為15千伏的高壓發生器,以在液滴破裂時將負電荷疊加到液滴上。使用平板電極在農藥噴灑的連續液滴排放區(適用于扁平扇形噴嘴)獲得高性能和最大充電強度的對稱電場。該裝置是可調節的,以在任何設置下保持針尖和測試臺之間的最大距離為50毫米。該裝置在一個封閉的實驗室內,內部有靜風以防止液滴噴射脫軌,濕度為67%,溫度為25℃,以提供模擬現場條件的理想液滴蒸發。將不同濃度的表面活性劑-農藥復合物的制劑吸入注射泵。以指定的時間間隔轉動注射器的旋鈕,以噴射帶電的液滴大小。 在葉片表面,帶電的單一大小的液滴在破裂后具有勢能,降落(沉積),膨脹獲得動能(擴散),并根據表面的各向異性粗糙度或光滑度粘附(保留)或脫落(反彈)。光譜研究了霧滴在葉片表面的沉積、滯留、擴散、反彈和接觸角等撞擊行為。由于葉片表面的形態特性是生物穩定的,因此只有配方和應用系統才能得到改善,以增強液滴撞擊行為。表面活性劑的加入改變了農藥溶液的流變特性,而電荷的疊加有助于液滴撞擊葉片表面結構。不同濃度的表面活性劑-農藥溶液的電性能和導電性從根本上影響了液滴的荷電性以及液滴在葉片表面的沉積狀態。 液滴體積大小的變化直接影響表面活性劑和農藥制劑在施用過程中的表面張力。溶液中分子內的內聚力對于較大的液滴尺寸比較小的液滴尺寸更強,因此γ值更大。在所有配方中,液滴尺寸的增加使γ值最大化。相比之下,水溶劑會產生較大的液滴,但在水溶液中混合表面活性劑和農藥會產生較小的液滴,從而產生較低的γ值。 在農藥噴灑過程中,液滴表現出撞擊、彈跳或擴散行為。配方的流變性質和葉片表面的紋理類別影響著撞擊過程,這取決于液滴夾帶的動能。由于彈跳通常在高沖擊力下發生,在本實驗中,靜電感應原理應用于表面活性劑-農藥溶液的液滴時,這種現象是不可見的。帶電液滴轟擊、固定和潤濕葉片表面的時間取決于液滴的體積。在植物的正面葉片上,不同濃度的乳油和制劑的液滴沖擊行為不同。液滴在表面的擴散隨著溶液中表面活性劑-農藥濃度的增加,達到最大平衡點。 總之,在實驗室中研究了表面活性劑-農藥復合制劑對電荷的響應性,以增強液滴在疏水性葉表面上的撞擊行為。該制劑在溶液中表現出表面活性劑和農藥作為超級分散劑的特征。除水外,表面活性劑和農藥在水溶液中的電導率隨著濃度的增加而增加,這進一步增加了液滴的電荷量。噴射液滴流中電荷的疊加降低了γ值,并且總是降低葉片疏水表面的接觸角。帶電液滴的γ值和靜態θ值的下降程度與液滴的大小和體積成正比。 在農藥噴霧應用方面,MicroFab研制的微液滴發生系統可以為研究藥物噴霧的發生和控制提供一整套研究方案。通過MicroFab的微液滴發生系統可以觀測液滴在植物葉面上的運動情況及附著狀態。該系統可以很好的應用于農藥精確噴施技術的研究。其優點:1、高精度,噴墨產生高度可重復的液滴,可通過聚集產生更大的體積;2、連續變化,從此應用的角度來看,單個滴(20-200 pL)的極小尺寸幾乎會產生總(累積)量的連續變化。

    • ▲ 植物高分辨率地標(植物科學)

      噴墨微圖案化是一種通用的沉積技術,在許多領域都有廣泛的應用。然而,它在植物科學中的應用在很大程度上尚未得到探索。葉片膨脹是植物科學領域最重要的參數之一,并且已經開發了許多方法來檢查葉片不同部分的不同膨脹率。其中,基于通過數字成像跟蹤自然地標的方法需要復雜的設置,其中葉子必須保持固定并處于張力下。此外,分辨率僅限于自然地標的分辨率,這些地標通常很難找到,尤其是在幼葉中。為了使用人工地標研究葉層的精細尺度擴展動態,有必要在葉表面放置小的非侵入性標記,然后在一段時間后恢復這些標記的位置。 為了在非常精細的尺度上監測二維葉片擴張,相關研究團隊使用了噴墨微圖案系統(MicroFab,MJ-AB-63-40)在常春藤(Hedera helix)的小發育葉片上打印由 0.19mm2細胞組成的網格,使用直徑為40μm,間距為91μm的點構成。不同生長階段的葉子在放大倍數下成像以提取標記的坐標,然后將其用于隨后的計算機輔助葉子擴展分析。例如,研究人員獲得了量化的全局和局部擴展信息,并在整個葉子表面上創建了擴展圖。結果揭示了短期內精細尺度擴張差異的顯著模式。在這些實驗中,葉子的基部是膨脹的“冷點”,而葉竇是膨脹的“熱點”。研究人員還測量了對葉子膨脹的強烈陰影效果。討論了構建用于植物科學的噴墨打印設備所需的功能,這將進一步擴大可以在這些尺度上打印的組織范圍。 為了將噴墨微圖案技術應用于植物研究,研究人員成功地在常春藤葉表面提供了地標,并實現了對不同生長階段葉片擴張的高分辨率二維監測。該測量能夠可靠地識別植物生長過程中的細微尺度變化。除了提供地標外,該技術還可用于提供微尺度目標生物成分,例如生長激素,并可能用于直接在葉子上形成傳感器圖案。

    • ▲ DLLME

      相關研究人員開發了一種使用基于噴墨的分散液-液微萃取 (DLLME) 結合超高壓液相色譜-串聯測定小麥中黃曲霉毒素 B1、B2、G1 和 G2(AFB1、AFB2、AFG1 和 AFG2)的新方法質譜。通過將提取溶劑(10μL)作為超細液滴(直徑約20μm)高頻注入樣品溶液中,使用按需噴射裝置(MJ-AT-01)在傳統的DLLME中形成混濁溶液。該方法使用小麥作為代表性基質進行了驗證,該基質用乙腈/水溶液進行了預處理。在研究范圍 (0.06–6 μg/kg) 內觀察到良好的線性,定量限 (0.06–0.18 μg/kg) 低于歐盟為谷物制定的最高水平。所有化合物都獲得了令人滿意的回收率,范圍為 83.2% 至 93.0%,相對標準偏差低于 4.6%。該方法簡便可靠,溶劑消耗低,代表了傳統DLLME技術發展的新方向。

    • ▲ 流體動力學研究

      微米級液滴的精確和有效生成是基于液滴的微流體最常見和最重要的問題之一。主動液滴生成利用額外的能量輸入來促進液滴生成的界面不穩定性。在通過有限界面振動在微流體中產生主動飛升液滴的研究中,相關研究團隊報告了一種使用受限界面振動 (CIV) 在微流體系統中主動生成飛升液滴的新技術。 CIV是在傳統噴墨噴嘴的噴口處首先通過將液體推出然后將其拉回而形成的。液滴在退出過程中被夾斷,這與當前的主動液滴生成技術不同,后者僅將液體單向推出。CIV可以在半徑為30μm的孔口處主動生成半徑范圍為約1至28μm的液滴,這與傳統的主動生成技術不同,在傳統主動生成技術中,液滴始終與孔口相當或略大。實驗結果表明,可以通過控制CIV的強度來定制液滴體積。噴墨技術(MicroFab的MJ-AT-01-60噴頭)固有的數字特性可以輕松精確地調節液滴體積,使其與數字微流體系統無縫兼容。

    • ▲ 爆炸物樣品

      美國陸軍和應急機動部隊越來越關注高能材料的檢測和識別,如自制和簡易爆炸裝置。為了準確地檢測和識別這些未知物(高能或良性),研究人員必須使用易于理解的通用測試基質,準確地訓練現場檢測系統進行痕量和塊體檢測。在這里,相關研究團隊討論了使用按需噴墨技術制備的表面增強拉曼散射(SERS)來表征硝酸銨(AN)的各個相。 在農業和工業中具有實際用途的硝酸銨是陸軍感興趣的分析物,因為它通常被用于簡易爆炸裝置。為了準確地檢測和識別這種材料,危險評估系統需要已知的含硝酸銨的培訓材料。這可能是具有挑戰性的,因為硝酸銨表現出不同的多晶相(通常在標準條件下最常見的是III相和IV相),這取決于材料的處理歷史,甚至沉積材料的濃度。 通常,在標準條件下,IV相被認為是最穩定的形式。然而,當存在催化溶劑時,硝酸銨可以從II相轉移到III相。在正常情況下,IV相是正交的(有三個不平等的軸以直角相交),每個單元有兩個公式單位。III相也是正交晶系,但每個晶胞有四個公式單位。由于晶胞體積增加4%,從IV到III的相變導致硝酸銨膨脹,因此肥料顆粒的孔隙率和爆炸潛力增加。在室溫下,硝酸銨IV相到III相的轉變可以經歷一個與II相非常相似的中間階段。當用拉曼觀察到硝酸銨的相變時,通常與硝酸鹽(NO3-)對稱拉伸模式相關的譜帶從1050cm-1的II相、1048cm-1的III相和1044cm-1的IV相轉移。 相關研究團隊使用SERS表征基板上存在的材料,其具有拉曼的所有優點(樣品制備少、材料不會降解、適用于水溶液,并且可以與許多激光源一起使用),以及額外的優勢,與自發拉曼相比,信號增強。這種改進源于樣品和金屬化基材表面之間的化學和電磁增強。在實驗中,研究團隊使用了市售的Klarite SERS基材,這些基材具有良好的特征、可重復性和很少的背景污染。 歷史上,研究人員使用滴干法制作測試試樣。他們將溶液中的材料涂在表面上,隨著溶液蒸發,剩余的材料變干,表現出咖啡環效應,環的外邊緣周圍有高濃度材料區域,中心是低濃度材料區域。該技術因其在時間、技能和材料方面的易于應用以及危險材料在溶液中的便攜性而廣受歡迎。滴干法在樣品重現性和均勻性方面面臨挑戰。因此,政府、學術界和工業界的研究人員正在轉向更可重復性的標準化方法,如噴墨打印,用于樣品制備。 為了研究硝酸銨的多晶相如何影響系統評估,研究團隊使用Jetlab?4按需噴墨打印系統將已知濃度的硝酸銨均勻地沉積在Klarite SERS基材上。沉積了硝酸銨之后,研究團隊測量了由此產生的SERS信號。使用打印方法,可以改變材料的位置和濃度——塊體(>100μg/cm2)和痕量(<100μg/cm2)——落在基板上。使用打印系統,可以以多種圖案沉積材料,包括模仿指紋的圖案。 在塊體硝酸銨樣品中(>100μg/cm2),研究團隊測量了一個在1044cm-1處的SERS主峰和一個1048cm-1處的小肩峰。這表明樣品可能形成了兩個具有不同相的區域,主要是IV相和一些III相。根據這些結果,假設硝酸銨可能能夠形成堅硬的外保護層殼(IV相),而液滴內部可能保持在能量不太有利的狀態(III相),因此證明了在相同液滴內兼有IV相穩定和III相穩定性較差的多晶型物。在硝酸銨的痕量樣品中,研究團隊測量了III相和IV相的晶體結構,最常見的是III相。這些觀察結果表明,在制造用于評估系統的標準化測試樣品時,有必要充分了解可以測量的各種多晶型物。 作為痕量打印能力的另一個例子,研究團隊打印了一些不同的高能材料,包括TNT和爆炸有機化合物RDX和季戊四醇四硝酸酯(PETN)。上圖顯示了打印在Klarite SERS基板上的材料的一些掃描電子顯微鏡圖像(打印在Klarite SERS基板上的硝酸銨含能材料的掃描電鏡圖像。放大倍數:(A) 46×、(B) 1562×、(C) 11,148×、(D) 29,682×)。該研究團隊的工作表明,使用噴墨打印系統,可以制造出可重復、均勻、光譜特征良好的樣品,用于危險檢測系統的評估。 在使用按需噴墨系統制備的樣品評估光學檢測技術時,必須訓練該技術以基于光譜特征檢測和識別材料的多種多晶態。研究團隊已經表明,在制備標準化樣品時,由于溶劑沉積和蒸發條件導致的分析物多態性是一個重要的考慮因素。將來,該研究團隊將研究與特定多晶態形成相關的物理條件,以及液滴沉積在其上的基板表面的影響。

    • ▲ 痕量爆炸物分析測試材料

      上左圖是在一張Whatman 41濾紙上噴墨打印的炸藥樣品片,包含9個樣品和50ng C4炸藥和3個空白。上右圖是部分打印陣列的放大圖。 每個陣列位置是5滴噴墨打印溶液。將羅丹明染料添加到打印機溶液中以允許打印陣列的可視化。

    • ▲ 痕量爆炸物分析測試材料

      證明了使用壓電按需噴墨打印制備用于痕量爆炸物分析的測試材料的可行性。 RDX(1,3,5-三硝基-1,3,5 三氮雜環己烷)被配制成可噴墨打印的溶液,并噴射到適合校準目前在全球范圍內用于違禁品篩查的離子遷移譜 (IMS) 儀器的基材上。 重量分析、氣相色譜/質譜 (GC/MS) 和紫外-可見 (UV-vis) 吸收光譜用于驗證噴墨打印機(Jetlab?Ⅱ高精度噴墨打印系統)溶液濃度和分配到測試材料上的炸藥數量。 對于爆炸性RDX(1,3,5-三硝基-1,3,5 三氮雜環己烷)的大規模沉積,噴墨打印過程的再現性被確定為優于2%的單日打印和優于3%的日復一日。 左圖為打印在混合纖維素酯膜過濾器(0.05μm 孔徑)上的單滴陣列圖案(20x20,點間距0.3mm)的熒光顯微照片。右圖為打印在定量級無灰濾紙上的相同陣列。 將熒光素染料添加到打印機溶液中以使液滴可見。

    • ▲ 爆炸物探測器校準

      自2001年9月11日起,檢測非常低含量的非法物質(化學和生物制劑及炸藥)的需求已成為聯邦,州和地方政府機構的當務之急。在機場,邊境口岸,聯邦大樓,港口,使館和高度安全的區域中,需要能夠檢測微量上述物質的系統。在這樣的區域中已經部署了成千上萬的痕量檢測器。爆炸物代表一類重要的非法物質,而軍事爆炸物(例如TNT,RDX,PETN,HMX)是重要的子類,目前是各種痕量檢測方法所針對的重要子類。痕量檢測-檢測極少量的爆炸物-識別與爆炸物接觸的人或物。痕量檢測方法已在從手持和便攜式到臺式或門戶的各種儀器中實現。下面介紹一些最常用的檢測方法。 檢測方法從爆炸物散發的氣霧中識別信息。主要問題是在環境溫度下蒸氣壓或高炸藥濃度相當低。25°C空氣中爆炸性蒸氣的濃度范圍為千分之1到萬億分之一或更低。因此,檢測儀器要么必須采樣大量空氣,要么具有高靈敏度,首選后一種選擇。除了犬的痕量檢測外,檢測方法還可以分類為:分離方法(氣相色譜-GC,高效液相色譜-HPLC,毛細管電泳-CE),離子檢測方法(質譜-MS,離子遷移譜-IMS),振動光譜法(紅外吸收,拉曼散射等),紫外線/可見光法(發熒光的聚合物,顏色反應),免疫化學傳感器或電化學傳感器。單個“電子鼻”儀器中可以包含多個傳感器。從對當前市場上可用系統的分析來看,IMS跟蹤工具似乎非常常用,可以應用于廣泛的系統(從手持式到門戶)。 在所描述的各種方法中,尤其是在靈敏度的最新改進之后,氣霧檢測成為了最實用,最可取的檢測方法。產生已知爆炸物濃度的氣霧的現有系統是基于從固體炸藥中提取氣霧。這些系統相當大,幾乎沒有小型化的前景,動態范圍也很小。MicroFab的系統可以輕松減小尺寸,并可以作為模塊化組件制造,以包含在跟蹤檢測系統中,以進行定期自動校準。 通過產生已知濃度的爆炸性氣霧,氣霧發生器提供了一種手段來驗證現場系統的檢出限及其重新校準。IMS是氣霧痕量檢測中使用最廣泛的技術之一,但是它對由于天氣或海拔高度引起的壓力變化敏感。氣霧發生器可用于在各種操作/環境條件下重新校準IMS系統。 氣霧發生器的另一個應用領域是各種儀器之間的比較。當前,關于儀器靈敏度的唯一可用信息來自制造商。每個制造商使用不同的方法來確定和報告其儀器的靈敏度。為了能夠比較來自不同制造商的痕量檢測器,基準儀器和測試程序是必需的。 為了提高檢測極限而進行的持續研究和開發需要非常低濃度的氣霧源。期望這種氣霧源是便攜式的,因為在現場部署的大量氣霧痕量檢測器是固定的?,F有技術不是很精確,不能輕易小型化。NIST已使用MicroFab微型分配器的數據評估了采用噴墨微型分配器的氣霧發生器對幾種炸藥(RDX,TNT和PETN)提供的潛在范圍,并顯示濃度幾乎可以連續變化,范圍為每0到百分之一百萬億(v / v)。該范圍不僅涵蓋當前的檢測極限,而且還將涵蓋未來新開發的探測器靈敏度的提高。

    • ▲ 糖醇甜味劑檢測(IMS)

      相關研究團隊在通過離子遷移譜檢測和鑒定糖醇甜味劑的研究中,使用離子遷移譜(IMS)證明了糖醇甜味劑的快速和靈敏檢測。IMS在靈敏度、成本和分析速度方面提供了一種寶貴的替代方案,介于冗長的金標準液相色譜-質譜 (LC-MS) 技術和快速測量點一次性比色傳感器之間,用于食品和營養行業的質量控制和其他“食品組學”領域的需求。使用精確的噴墨(MicroFab的Jetlab?4 XL-B噴墨打印系統)打印樣品評估了赤蘚糖醇、季戊四醇、木糖醇、肌醇、山梨糖醇、甘露糖醇和麥芽糖醇的IMS響應、特征和檢測限。檢查并優化了IMS系統參數,包括解吸溫度、掃描時間和刷卡基板材料,證明對相應糖醇的物理化學性質有很強的依賴性。發現每種化合物的解吸特性決定了系統響應和整體靈敏度。這些化合物的靈敏度范圍從單納克到數百皮克,最佳解吸溫度范圍為125°C 到200°C。使用IMS檢測和識別商業產品(口香糖和甜味劑包)的糖醇成分。IMS被證明是一種有利的現場可部署儀器,可由非技術人員輕松操作,并能夠為糖醇提供靈敏的測量點質量保證。

    • ▲ 化學蒸氣檢測

      用于化學蒸氣檢測的量子點和聚合物復合交叉反應陣列。交叉反應化學傳感陣列由CdSe量子點 (QD) 和五種不同的有機聚合物通過噴墨打?。↗etlab?4噴墨打印系統)制成,以在石英基板上創建分段的熒光復合區域。傳感器陣列受到來自兩組分析物的暴露的挑戰,包括一組14種不同的功能化苯和一組14種與安全問題相關的化合物,包括爆炸物三硝基甲苯 (TNT) 和硝酸銨。由于改變QD熒光的多種傳感機制,該陣列對具有不同化學功能的分析物具有廣泛的響應。傳感器陣列顯示出兩組內成員之間的出色區分。實現了超過93%的分類準確度,包括完全區分非常相似的二硝基苯異構體和三種鹵代、取代苯化合物。這種類型的交叉反應陣列的簡單制造、廣泛的響應性和高辨別能力是開發對化學和爆炸威脅具有出色靈敏度同時保持低誤報率的傳感器的理想品質。

    • ▲ 氣溶膠表面張力研究

      氣溶膠是大氣的關鍵組成部分,在許多工業過程中發揮著重要作用。由于氣溶膠顆粒具有較高的表面積與體積比,因此它們的表面特性尤為重要。然而,直接測量氣溶膠顆粒的表面特性具有挑戰性。在這項工作中,相關研究人員描述了一種測量表面時效 <1 ms 的皮升體積液滴的表面張力的方法,方法是在從微液滴分配器(Microfab MJ-ABP-01 30μm)噴射后立即解決其形狀的動態振蕩。液滴形狀振蕩由高度時間分辨 (500ns) 頻閃成像監測,液滴表面張力可以在各種液滴尺寸(10-25μm半徑)和表面時效(低至100μs)范圍內準確檢索。該方法已針對含有氯化鈉、戊二酸和水的液滴進行了驗證,這些液滴的表面張力均不隨表面年齡而變化。將微滴分配器方法的實驗結果與使用全息光鑷方法和使用統計熱力學模型預測表面張力的5-10μm半徑液滴的互補表面張力測量進行比較。這些方法相結合,將允許研究各種液滴尺寸、成分和表面年齡的液滴表面張力。

    • ▲ 氣溶膠噴射

        通過Inkjet噴墨打印技術實現氣溶膠生成。

    • ▲ 激光誘導擊穿光譜 (LIBS)

      相關研究團隊使用了引起擊穿光譜法分析來自氣溶膠和微滴的液體(上左圖為LIBS實驗裝置示意圖。上右圖a為從噴頭噴出的90pl液滴,b為LIBS等離子體中的微滴被霧化和電離。)。激光誘導擊穿光譜(LIBS)顯示能夠對溶液中溶解金屬的皮克量進行小體積(90pL)定量元素分析。使用532nm雙頭激光耦合到具有增強電荷耦合器件(CCD)檢測器的光譜儀,研究人員研究了單脈沖和共線雙脈沖LIBS。氣溶膠是使用微霧化器產生的,在同心霧化室內進行調節,并通過直徑為1毫米的注射器管釋放,這樣可以在距離管子出口約2毫米處形成LIBS等離子體。然后用寬帶高分辨率光譜儀收集氣溶膠和單個微滴的排放物。制備多元素校準溶液,并對氣溶膠和微滴系統(MicroFab)的持續校準驗證(CCV)標準進行分析,以計算每個系統的精密度、準確度和檢測限。校準曲線產生了兩個系統的R2值>0.99的相關系數。對氣溶膠LIBS測定的精密度、準確度和檢測限(LOD)取平均值,然后測定Sr II(421.55nm)、Mg II (279.80nm)、Ba II (493.41 nm) 和 Ca II ( 396.84nm)分別為~3.8%RSD、3.1%偏差、0.7μg/mL。使用微滴分配器(MicroFab直徑60μm噴頭))將含有90pL的單滴遞送到用聚焦激光脈沖產生LIBS等離子體的空間中。在單滴微滴LIBS實驗中,對總質量為45pg的單滴的分析導致13%的RSD精度和1%的Al I(394.40 nm)發射線偏差。單滴微滴LIBS發射線Al I(394.40 nm)和Sr II(421.5 nm)的絕對檢測限約為1pg,Ba II(493.41 nm)的絕對檢測限約為3pg??傮w而言,針對單個微滴LIBS確定的精密度、準確度和絕對LOD導致元素Sr II (421.55nm)、Al I(394.40nm)的典型性能為~14%RSD、6%偏差和1pg,Mg II(279.80)和Ba II(493.41nm)。

    • ▲ 液體氣溶膠的平衡吸濕性和水分輸送動力學的同時分析

      相關研究人員證明,通過對探針和樣品氣溶膠液滴的比較測量,可以高精度地檢索氣溶膠液滴的平衡吸濕響應以及水冷凝和蒸發的動力學,甚至接近飽和。描述的實驗方法,是基于帶有新設計的捕集室的電動平衡。通過使用由純水或已知濃度氯化鈉溶液組成的探針氣溶膠,可以準確測量氣相相對濕度 (RH),不確定度通常小于 0.005。通過快速控制進入腔室的氣流,可??以在 <0.5 s 的時間范圍內實現 RH 的階躍變化。使用這種方法,使用比較程序研究傳質動力學,并將結果與??理論質量通量預測進行比較。氯化鈉、硫酸銨、山梨糖醇和半乳糖的隨時間測量的質量通量用于計算作為液滴生長因子函數的液滴水活度,允許在幾秒鐘內檢索吸濕性生長曲線。介紹了與新的和已建立的吸濕性熱力學預測以及光鑷測量的比較,表明在實驗不確定性內具有良好的一致性。(微液滴發生器,Microfab MJ-ABP-01 30μm)

    • ▲ 燃料液滴蒸發動力學研究

      與使用純化石燃料相比,使用生物乙醇和汽油的混合物作為汽車燃料可凈減少有害排放物的產生。然而,燃料液滴蒸發動力學根據混合比而變化。相關研究人員使用單粒子操作技術來研究乙醇/汽油混合微滴(微液滴發生器,MicroFab MJ-APB-01)的蒸發動力學。電動平衡的使用可以在受控環境中測量單個液滴的蒸發,而光鑷有助于研究噴霧內液滴的行為。因此,兩種方法的結合非常適合獲得蒸發過程的完整圖像。他們研究了向汽油中添加不同量乙醇的影響,并觀察到乙醇含量較大的液滴需要更長的時間才能蒸發。此外,研究人員發現其方法足夠靈敏,可以觀察液滴中痕量水的存在。預測乙醇和汽油液滴在干燥氮氣中蒸發的理論模型用于解釋實驗結果。還對光鑷中其他氣溶膠的環境飽和度進行了理論估計。

    • ▲ 香氣發生裝置(零售和電商)

      互聯網或您當地的雜貨店的下一個層面將是增加香氣。想象一下在當地雜貨店的過道上走。您經過烘烤區,特別是盒裝布朗尼蛋糕區。您的運動會觸發一個傳感器,散發出新鮮出爐的巧克力蛋糕的香氣。這會誘使您購買巧克力蛋糕嗎?甚至使您渴望巧克力蛋糕嗎?與單獨包裝相比,香氣的使用可能非常有力,甚至更具說服力。 在香水行業,市場研究可能是一項艱巨的任務。通過使用香氣生成設備,公司可以以比當前方法更實惠的成本對最終用戶進行市場研究。這些工具不僅高度適用于香水行業,而且還適用于任何希望更多地了解香氣對消費者決策產生影響的行業,如:商場、酒店等。 當放置在百貨商店中并鏈接回香水制造商時,內部裝有香水產生裝置的信息亭將是一種寶貴的工具。使用信息亭的個人可以任意組合,從不同的氣味或“香精節點”中進行選擇,并在幾秒鐘內聞到新創建的香精。然后,程序可以在記錄信息并將其通過Internet發送回制造商的過程中,始終詢問消費者對所創建香水的喜好。該應用程序還可用于市場測試機構甚至研究實驗室。

    • ▲ 氣味發生裝置(娛樂與虛擬現實)

      香氣通過給游戲玩家帶來自然的氣味來增強游戲的動作。但是,香氣的使用更加深入。研究表明,香氣可用于引發恐懼,興奮和許多其他情緒。在游戲中添加此維度將創造更逼真的游戲體驗。 MicroFab創建了代號為Pinoke的原型香氣生成系統,以演示該技術在游戲環境中的緊湊性和簡便性。Pinoke型設備可能位于顯示器旁邊,正前方,甚至可能像醫生的聽診器一樣被佩戴。寫入軟件代碼的數字信號觸發香氣發生器發出精確數量的適當香氣。Pinoke頂上的莫霍克號是一個香氣盒,當香氣材料被消耗掉時,只需將其拆下并更換。 游戲原型Pinoke中的相同技術適用于電影觀看體驗。聲音徹底改變了無聲電影,香氣也改變了現代電影。香氣生成設備還將增強虛擬現實體驗。虛擬現實頭戴式耳機中的安裝設備將以輕松的方式將香氣傳遞給受訓者或游戲玩家。將氣味納入虛擬現實訓練中將使訓練環境更接近現實生活。

    • ▲ 液滴沉積研究

      對可印刷電子產品的興趣,特別是基于紙張和紡織品的電子產品,推動了對多孔基材上膠體液滴噴墨印刷的研究。在無孔基材上,粒子運動和溶劑蒸發的相互作用決定了蒸發膠體液滴的最終沉積形態。對于多孔基材,溶劑滲入孔隙為文獻中尚未完全闡明的沉積模式增加了一層復雜性。在多孔基材上的膠體液滴沉積:粒子運動、蒸發和滲透之間的競爭的研究中,研究團隊研究了皮升大小的含有納米和微米級顆粒的水性膠體液滴在納米多孔陽極氧化鋁基材上的沉積(按需噴墨打印系統,MicroFab MJ-Al-01噴頭),研究了多孔基材上不同液滴和粒徑、相對濕度以及孔徑、孔隙率和潤濕性。對于所考慮的情況,發現溶劑滲透比接觸線附近的蒸發和粒子運動快得多,因此當基材完全吸收溶劑時,眾所周知的“咖啡環”沉積被抑制。然而,當溶劑僅被部分吸收時,滲透完成后會存在殘留的液滴體積。對于這種情況,有兩個時間尺度很重要:由于擴散和平流而導致的粒子運動到接觸線的時間tP和殘留液滴體積的蒸發時間tEI。它們的比率tP/tEI決定了咖啡環沉積是形成 (tP/tEI<1) 還是抑制 (tP/tEI>1)。

    • ▲ 3D打印自走式傳感器

      水污染是一項嚴重的全球性挑戰,非常需要一種現場和實驗室外的污染水平評估方法。在“用于通過表面張力評估水質的3D打印自走式傳感器”研究中,相關研究團隊報告了使用可打印和可生物降解的推進傳感器作為污水廢水中水污染指標的潛力。 研究團隊使用反應式 3D噴墨打印技術制造了自走式傳感器,該傳感器可以快速指示由污水污染和其他降低表面張力的污染物引起的表面張力值降低。Z形傳感器由再生絲素蛋白制成,最長邊尺寸為 2.0 毫米,厚度為0.1毫米,絲素蛋白是一種環保且可生物降解的材料。噴墨打?。∕icroFab Technologies)具有高分辨率和材料精確沉積的優勢,允許制造摻雜有表面張力改性聚合物的小毫米尺寸傳感器,該聚合物充當“燃料”,通過表面張力梯度驅動水面上的傳感器。 結果表明,傳感器的推進速度衰減率是一個很好的指標,可以指示污水污染的存在和大致水平。

    • ▲ 織物噴墨印花

      數碼噴墨印花已廣泛應用于紡織行業。染料溶液和噴墨液滴的質量限制了噴墨打印性能,這對于在織物上獲得高質量的噴墨打印圖像非常重要。在“活性染料色團與二甘醇的相互作用對噴墨打印性能的影響”的研究中,相關研究團隊將二甘醇(DEG)分別引入到活性藍49和活性橙13的染料溶液中,并研究了染料生色團與DEG分子之間的相互作用。結果表明,染料發色團在聚集中具有特征。在染料溶液中加入DEG可以有效分解活性染料簇,消除衛星墨滴,從而提高織物上噴墨打?。↗etlab?Ⅱ高精度噴墨打印系統)圖像的分辨率。在相同的DEG濃度下,活性橙13的解聚作用比活性藍49更明顯?;钚猿?3溶液需要更高的DEG濃度才能產生完整穩定的墨滴。測量染料溶液的表面張力和粘度,并評估在棉織物上的印花性能。還研究了染料發色團和DEG分子之間的相互作用機制。這項工作的結果對織物上的高質量噴墨打印圖像很有用。

    • ▲ 用于噴墨打印的活性染料研究

      數碼噴墨印花由于具有成本低、效率高、加工靈活等優點,在紡織行業得到了廣泛的應用。盡管已經報道了許多在織物上噴墨打印高質量圖像的方法,但在制備均質油墨和打印高分辨率圖像方面仍然存在挑戰。在“通過控制復雜染料和二醇分子的相互作用提高噴墨圖像質量”的研究中,相關研究團隊描述了一種簡單的方法來制備用于在棉織物上進行高性能數字噴墨打印的穩定墨水。乙二醇和二甘醇兩種生態友好型有機溶劑分別應用于Reactive Black 8溶液中。通過調節染料和二醇分子之間的相互作用,得到的Reactive Black 8墨水粘度增加,表面張力降低,這有利于在打印過程中形成完整且穩定的噴墨液滴。此外,將這些溶劑引入染料溶液中可以有效地分解Reactive Black 8的團簇。當Reactive Black 8溶液中使用5mol/L二甘醇或乙二醇時,可以形成完整而穩定的墨滴,并且擴散墨滴在織物上的面積明顯減少,從而可以在棉織物上產生清晰、高分辨率的圖案。研究團隊對油墨的化學和物理特性進行了表征,并評估了它們在棉織物上的印刷性能。還研究了染料分子與有機溶劑相互作用的機理。這項工作的結果可能會促進噴墨打印技術的廣泛發展,并擴大其在高性能紡織品中的應用。

    • ▲ 墨水粘度和表面張力對液滴形成的研究

      在紡織品噴墨打印中,了解活性染料墨水的粘度和表面張力對液滴形成的影響具有重要意義。作為一種有機環保溶劑,分子量為-400g/mol(PEG400)的聚乙二醇用于制備含有或不含Surfynol 465(S465)的活性染料墨水,分別解釋粘度和表面張力如何影響液滴的形成?;钚匀玖夏?。通過測量可見光吸收光譜、流體動力學半徑、粘度和表面張力來研究油墨中的分子間相互作用和油墨的物理性質。通過使用高速相機拍照觀察在粘度或表面張力的單一變量影響下的液滴形成。結果表明,高墨水粘度條件不會產生衛星液滴形成和較慢的液滴速度,較高的表面張力往往會導致噴嘴尖端和液滴的韌帶斷裂。此外,使用濃度為30% PEG400的PEG-S465染料墨水印刷的斜紋棉織物顯示出更高的墨水滲透性、染料固色率、理想的色強度和摩擦牢度。

    • ▲ 織物噴墨印花(棉織物)

      紡織品數碼噴墨打印具有高效、靈活生產等巨大優勢,但由于大量使用染料和化學品而導致嚴重環境問題的風險等挑戰仍然值得關注。針對這一問題,“使用活性染料@共聚物納米球對棉織物進行綠色高效噴墨打印”的研究,通過將CI Reactive Red 218染料(RR218)吸附到陽離子聚(苯乙烯-丙烯酸丁酯-乙烯基芐基三甲基氯化銨)(PSBV)納米球上,制備了一種新型的活性染料@共聚物納米球并應用于在機織棉織物上進行噴墨印刷。結果表明,制備的RR218@PSBV納米球尺寸均勻,油墨制備穩定性好。與原RR218溶液相比,色深為RR218@PSBV印花織物增加了1.4倍,印花廢水中的染料殘留量減少了約45%。同時,傳統噴墨打印中碳酸鈉和尿素的消耗量分別降低了約3.3和22.8mg/cm 2,打印過程簡化,節能30%。此外,通過基于Kubelka-Munk函數計算吸收和散射系數揭示了納米球增強顏色的機制。這項工作提供了染料@聚合物納米球的潛在應用,以促進紡織品噴墨打印技術的優化并減輕傳統紡織品著色對環境的影響。

    • ▲ 織物噴墨印花

      織物噴墨印花是紡織行業清潔生產的關鍵技術?;钚匀玖虾陀袡C溶劑是噴墨印刷油墨的重要組成部分?;钚匀玖系慕Y構、疏水性和聚集度影響有機溶劑的量和墨滴在織物上的擴散,這對于減少有機溶劑用量和在織物上獲得高質量的噴墨打印圖像至關重要。在“染料疏水性對織物噴墨印花清潔度和分辨率影響的探討”的研究中,采用兩種不同結構的紅色活性染料(活性紅218染料和活性紅24:1)制備活性染料溶液,隨后通過研究表面張力、流變特性、可見吸收光譜和液滴等方法對其進行了探索。形成并觀察棉織物上的鋪展行為。首次,研究了染料疏水性對有機溶劑用量和噴墨(MicroFab)圖像分辨率的影響。結果表明,活性紅218染料具有更強的疏水性和更緊密的聚集。通過DEG和染料分子之間的疏水相互作用,活性紅218簇更容易分解成染料單體,而活性紅24:1簇則分解成小簇?;钚约t218溶液液滴更穩定,可以減少衛星液滴對空氣的污染?;谝陨显?,疏水性較強的染料溶液所需的有機溶劑較少,在織物上的液滴擴散面積較?。ù磔^高的印花分辨率)。

    • ▲ 織物噴墨印花(羊毛面料)

      數碼噴墨印刷高檔毛紡織品符合趨勢,但減少毛鱗對毛鱗片的影響等挑戰打印質量還是值得關注的。在“毛織物活性染料數碼噴墨印花著色增強的環保預處理”的研究中將一種新的環保方法應用于羊毛噴墨印刷預處理不產生任何有害物質。采用H2O2和木瓜蛋白酶對羊毛進行預處理織物噴墨前印刷(MicroFab)過程。處理后的潤濕性和zeta電位織物明顯改善。此外,傅里葉變換紅外光譜和X射線光電子能譜證明了H2O2和木瓜蛋白酶的協同作用,其中H2O2氧化羊毛為木瓜蛋白酶水解羊毛肽提供了更多位點。協同預處理產生額外的活性染料固定位點。結果,處理后的羊毛獲得了更高的色強度,大大超過了未經處理的羊毛,并且整個過程中沒有有害物質的排放。該工作為減少有害物質排放、提高染料溶液利用率、實現清潔生產提供了一個有前景的方向。

    • ▲ 織物噴墨印花(棉織物)

      電子和傳統紡織品已通過噴墨打印廣泛制造。然而,納升級墨滴往往會沿纖維方向過度擴散,從而導致圖像質量差和墨水利用率低。在“控制納升級液滴在織物纖維上的擴散以提高圖像質量和墨水利用率”的研究中,引入羥乙基纖維素(HEC)和羥丙基甲基纖維素(HPMC)來控制納升級液滴在棉織物上的擴散。結果表明,HEC和HPMC都可以通過增加織物的疏水性來減少納升液滴沿纖維的擴散。然而,HPMC的效果比HEC的效果要好得多,因為它具有較高的表面活性。沿纖維的納升液滴流動與沃什伯恩函數非常一致。HPMC處理后,一個液滴的沉積長度從超過200μm減少到約50μm。成像質量大大提高。此外,由于染料溶液向織物背面的擴散減少,染料利用率增加了33-78%。本研究對于提高噴墨打印質量和沉積材料特別是昂貴材料的利用率具有重要意義。

    • ▲ 織物噴墨印花

      數碼噴墨印花技術在紡織品印花中發揮著越來越重要的作用?;钚匀玖嫌湍挠』ㄟm印性是提高印花織物質量的關鍵。在“二甘醇對棉織物活性染料溶液噴墨印刷適性的影響”的研究中,相關研究團隊提出了一種環保且簡單的方法來提高活性染料溶液的噴墨印刷適性。研究了二甘醇對三種活性染料溶液的表面張力、流變學和染料分子聚集性能的影響。通過觀察液滴形成來探索染料溶液的噴射性能。此外,還評估了印花棉織物的顏色性能,包括活性染料溶液的滲透、比色值和顏色強度。添加二甘醇可以通過疏水力和氫鍵改變染料分子的聚集。二甘醇通過改變溶液的粘度和表面張力來抑制衛星液滴的形成,使印在棉織物上的圖案呈現出規則的邊緣銳度。此外,含有10% DEG的染料溶液不僅滿足活性染料油墨的各種性能,而且具有最高的色強度和最深、最亮的顏色。

    • ▲ 織物曲面打印

      曲面打印設備以Inkjet技術為基礎,配合半導體級別精度Linear stage直線電機運動平臺、光學CCD觀測及分析系統和電氣控制系統,具備底板對位和打印分析功能。用于噴墨打印實現曲面打印合成實驗平臺,實現通過該平臺進行基于噴墨打印工藝的高精度曲面打印。適用于各種材料、各種復雜形狀表面的噴墨打印需求。

    • ▲ 按需噴墨噴墨動力學研究

      滴點式(DOD)噴墨打印的新興應用,如印刷電子和生物打印,正導致具有復雜化學和流變特性的各種功能油墨的不斷發展,特別是粘彈性聚合物。以理想的速度和體積以及良好的可靠性形成液滴對成功的印刷至關重要。壓電式噴墨技術,在不同激勵波形參數下,可以用來研究粘彈性油墨DOD噴墨打印過程中液滴形成的動力學和性能。相關研究團隊根據四種不同的液滴形成機制,即無液滴形成、單個液滴、一個衛星液滴和多個衛星液滴。提出了一種與過程動力學相關的無因次數方法來構建液滴形成過程的工作相圖,量化液滴形成過程的過渡。系統地研究了雙極波形參數對液滴形成的影響,包括液滴速度和液滴直徑。此外,導電微線和微圖案的印刷是在形成良好的液滴下精確控制的。為全面了解粘彈性油墨按需噴墨打印過程中的液滴生成動力學提供依據,以指導生成理想的功能油墨液滴,提高噴墨打印器件的性能和功能。

    • ▲ 流體物理性質對噴墨打印適性的影響研究

      噴墨打印是一種無需掩膜直接圖案化和制造圖案的方法。 為此,用作墨水的流體必須具備穩定、準確地噴墨打印的能力。 相關研究團隊通過監測液滴形成動力學研究了噴墨打印適性和物理流體特性之間的相互關系。使用與流體的粘度、表面張力和密度相關的Ohnesorge數(Oh) 的倒數(Z)確定流體的可打印性。他們通過考慮單液滴成型性、位置精度和最大允許噴射頻率等特性,通過實驗將可打印范圍定義為4≤Z≤14。

    • ▲ 超真實印刷

      MicroFab研發的陣列式按需液滴壓電噴墨打印頭技術,將120個獨立通道的線陣列被制作成不到一英寸(170μm間距),可用于高速且效果逼真的打印。作為打印頭技術開發工作的一部分,MicroFab公司研發了動態調節滴墨量的技術,在打印的光斑區域中可達到4:1的調制范圍,得到的打印質量如上圖所示。

    • ▲ 精密模具/零部件3D打印

      3D打印又稱“增材制造”,是一類制造技術的總稱,從內涵至外延包含了廣泛的原材料應用和增材工藝方法。

    • ▲ 粘合劑噴射增材制造試驗臺

      粘合劑噴射增材制造(BJAM)能夠使用各種材料類別制造復雜的三維組件。了解BJAM的基本原理,包括粉末薄層的擴散、粉末與粘合劑的相互作用以及后處理,對于為BJAM開發穩健的工藝參數至關重要。為了滿足這些需求,在麻省理工學院“用于工藝探索和材料開發的實驗室規模粘合劑噴射增材制造試驗臺”的研究中介紹了模塊化、機械化、BJAM試驗臺的設計、制造和鑒定。該測試臺旨在復制商用增材制造設備的操作條件,并具有完全可編程的運動控制功能,包括使用精密滾輪機構進行粉末擴散、通過振動料斗供應粉末以及噴墨打印頭的龍門定位。噴墨沉積系統(MicroFab)允許使用可變噴嘴直徑、探索新型粘合劑組合物以及完全控制噴射參數。描述了對機器及其子系統的準確性和可重復性的驗證,以及示例性不銹鋼部件的制造。因此,精密設計的試驗臺可以研究BJAM工藝、探索新型粘合劑組合物和加工定制粉末,以進一步研究BJAM的科學研究和工業應用。(2021)

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