CN108754605B - 水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置和方法 - Google Patents

水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置和方法，属于电沉积金属领域。该装置主要包括气体循环系统；气体循环系统包括管路、气体分散器和气体净化输送动力装置；气体循环系统的管路进气口设置在阴极区的底部，出气口设置在电解槽的顶部，气体循环系统和电解槽形成闭路气体循环；气体分散器设置在管路的进气口；气体净化输送动力装置设置在管路上。该方法为，采用上述装置进行电沉积，得到超高纯金属单晶体。该方法中采用气体闭路循环系统，在电沉积过程中，调控阴极区电解质水溶液动态环境，降低溶液中氧气和氢气含量，进行定向生长金属单晶沉积，具有设备简单，操作方便，容易控制的特点。

Description

水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置和方法
技术领域
本发明涉及电沉积金属技术领域，主要涉及一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置和方法。
背景技术
高纯金属的发展与现代工业、科学技术发展密切相联。原子能、电子、航空、宇航和半导体工业的飞速发展对金属的纯度要求不断提高。水溶液中电沉积法是高纯金属制备的主要方法之一。在水溶液电沉积法中，通常采用可溶性阳极或惰性阳极，通过电解超高纯盐的水溶液或控制沉积电位除杂达到金属精炼提纯的效果。通常采用两种方法，一个是水溶液原材料的纯度，通常采用沉淀、萃取或离子交换等方法对电解质进行除杂提纯。另一个则是调控电沉积过程。调控电沉积过程的方法目前大多采用调控水溶液温度、溶液pH值、电流密度或电压、加入添加剂等手段。但电沉积过程中空气中氧气和氢气调控却没有研究，而这两种气体的存在却恰恰影响了电沉积过程中晶体生长，使产物生成多晶体，不致密，限制了产品的纯度。
金属单晶体晶界少，密度大、杂质含量低，是高纯金属的最佳产品。本发明一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置和方法，使电沉积过程水溶液电解质中氧和氢的溶解降低，电沉积出金属单晶体。
发明内容
本发明的目的是提供一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置和方法。该方法中采用一种气体闭路循环系统，在电沉积过程中，调控阴极区电解质水溶液动态环境，降低溶液中氧气和氢气含量，进行定向生长金属单晶沉积。
本发明的一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，包括阴极、阳极、隔膜式电解槽、电源和气体循环系统；
所述的隔膜式电解槽中的隔膜将电解槽分为阴极区和阳极区；
所述的气体循环系统包括管路、气体分散器和气体净化输送动力装置；
所述的气体循环系统管路的进气口设置在隔膜式电解槽阴极区的底部，出气口设置在隔膜式电解槽的顶部，气体循环系统和隔膜式电解槽形成闭路的气体循环；
所述的气体循环系统中的气体分散器设置在管路的进气口；气体净化输送动力装置设置在管路上。
所述的气体循环系统中的气体分散器使进入阴极区的气体能够均匀分散，以调控水溶液电解质动态，充分降低溶液中氧气和氢气含量。
所述的气体循环系统中的气体净化输送动力装置设有除氧和除氢装置。
所述的气体循环系统中的气体净化输送动力装置，用于使气体从电解槽阴极区底部进入，从电解槽顶部收集，通过气体净化输送动力装置输送至电解槽阴极区底部循环使用。
所述的气体循环系统所用的气体为氮气、氩气、氦气、氮气-氩气混合气、氮气-氦气混合气中的一种。
所述的水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，还设置有外部净化装置，外部净化装置两端分别与阴极区和阳极区相通，对水溶液电解质进行净化，循环利用。
所述的水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，阳极为可溶性阳极或惰性阳极。
所述的可溶性阳极为金属板可溶性阳极，金属板可溶性阳极纯度为99.5wt.％～99.9wt.％。
所述的惰性阳极为石墨，优选为光谱级石墨。
本发明的一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，采用上述装置，包括以下步骤：
步骤1：配制水溶液电解质
根据所要制备的超高纯金属，称取相应的金属的高纯盐，加入去离子水，得到浓度为50～100g/L的相应金属的高纯盐溶液，用HCl调节pH值为0.5～5后，制得水溶液电解质；
步骤2：电沉积
将水溶液电解质注入隔膜式电解槽中，启动气体循环装置，使气体从电解槽阴极区底部分散通入，连接好阴极和阳极，接通电源，在25～40℃下，进行恒电流密度电沉积，得到沉积在阴极表面的电沉积产物；
所述的从阴极区流入的气体流量≤4mL·cm-2·min-1；
所述的恒电流密度为100～300A/m2，电沉积时间为8～15h；
步骤3：后处理
将沉积在阴极表面的电沉积产物从阴极剥离，用去离子水冲洗，晾干，得到超高纯金属单晶体，检测后真空封装。
本发明制得的超高纯金属单晶体的金属纯度为5N及以上。
所述的步骤1中，所述的相应的金属的高纯盐，其纯度≥5N，其优选为氯化钴、氯化镍、氯化铁、氯化亚铁、氯化锌、氯化铜、四氯化金、硝酸银、硅氟酸铅或氯化亚锡中的一种。
所述的步骤1中，所述的盐酸的纯度为分析纯及以上，盐酸的浓度优选为0.1～5mol/L。
所述的步骤2中，所述的阳极为可溶性阳极或惰性阳极，当为可溶性阳极时，具体为金属板可溶性阳极，金属板可溶性阳极纯度为99.8wt.％～99.95wt.％；当为惰性阳极时，优选为石墨，更优选为光谱级石墨。
所述的步骤2中，电沉积过程中，隔膜式电解槽中的阳极区的水溶液电解质，经外路的外部净化装置净化除杂后，再注入隔膜式电解槽中的阴极区，以保证水溶液电解质的纯度。
本发明提供一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置和方法，具有如下优点：
1、本发明具有设备简单，操作方便，容易控制的特点。
2、电沉积产物为超高纯金属单晶。
3、本发明的装置采用设置有气体循环系统的隔膜式电解槽，通过在电沉积过程中，向电解槽阴极区通入气体，调控阴极区电解质水溶液动态环境，降低溶液中氧气和氢气含量，进行定向生长金属单晶沉积。
附图说明
图1为本发明的一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置结构示意图；
其中，1为电解槽，2为阴极，3为阳极，4为隔膜，5为电源，6为外部净化装置；7为气体循环系统的管路；8为气体净化输送动力装置；9为阳极区电解质溶液界面；10为阴极区电解质溶液界面；11为隔膜上的孔；12为气体分散器。
图2为本发明实施例1中电沉积单晶钴产物SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
以下实施例中，除特殊说明，采用的可溶性金属阳极原料为99.5％或99.9％，惰性阳极为石墨阳极，设备为市购，电解质用的盐纯度为5～6N，盐酸为分析纯，水为去离子水。
实施例1
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，其结构示意图见图1，包括阴极2、阳极3、隔膜式电解槽1和电源5；隔膜式电解槽中设置隔膜4，隔膜4将隔膜式电解槽1分为阴极室和阳极室，阴极室设置有阴极2，阳极室设置有阳极3，阴极2和阳极3通过电源5连接；阴极室和阳极室电解质溶液通过设置在隔膜上的孔11相通，从阴极区向阳极区流动，通过外部净化装置6连通。
水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置还包括气体循环系统；所述的气体循环系统包括管路7、气体分散器12和气体净化输送动力装置8；
所述的气体循环系统的管路7上设置有进气口和出气口，进气口设置在隔膜式电解槽1阴极区的底部，出气口设置在隔膜式电解槽1的顶部，气体循环系统和隔膜式电解槽1形成闭路的气体循环；
所述的气体循环系统中的气体分散器12设置在气体循环系统的管路7的进气口；气体净化输送动力装置8设置在气体循环系统的管路7上。
所述的气体循环系统中的气体分散器12设置在进气口，用于使气体能够均匀分散进入阴极区，以调控水溶液电解质动态，充分降低溶液中氧气和氢气含量。
所述的气体循环系统中的气体净化输送动力装置8设有除氧和除氢装置。
所述的气体循环系统中的气体净化输送动力装置8，用于使气体从电解槽阴极区底部进入，从电解槽顶部收集，通过气体净化输送动力装置输送至电解槽阴极区底部循环使用。
所述的气体循环系统，所用的气体为氩气。
所述的阳极为99.5wt％纯度的钴板。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，采用上述装置，按以下步骤进行：
(1)配制水溶液电解质
按配比称量去离子水、5N高纯氯化钴，配制氯化钴浓度为80g/L的高纯钴盐溶液，用盐酸调节溶液的pH值为3.5～5，得到电沉积超高纯钴的水溶液电解质。
(2)电沉积
采用99.5wt％纯度的钴板作可溶性阳极，将制备好的水溶液电解质注入到隔膜式电解槽中，在阴极区形成阴极区电解质溶液界10，阳极区形成阳极区电解质溶液界面9，启动气体循环装置，使氩气从电解槽阴极区底部分散通入，在阴极区的流量为4mL·cm-2·min-1，连接好电极，接通电源，在25～40℃下进行电沉积，电流密度100A/m2，沉积时间8h，得到沉积在阴极表面的电沉积产物；
其中，电沉积过程中，隔膜式电解槽中的阳极区的电解质，经外路的外部净化装置6净化除杂后，再注入到隔膜式电解槽中的阴极区，以保证水溶液电解质的纯度；气体由气体净化输送动力装置8导入，保证气体循环畅通。
(3)后处理
将电沉积产物剥离阴极，用水冲洗，晾干、得到钴金属单晶体，进行检测、真空封装。测得其纯度可达到5N，沉积物质量为77g，电流效率为90％。其形貌如图2所示，从图中可以看出产物为沿同一晶向生长平行的晶面构成的单晶体。
实施例2
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例1。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为120g，电流效率为91％。
实施例3
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例1。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为265g，电流效率为90％。
实施例4
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例1。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例3，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为525g，电流效率为90％。
实施例5
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例1，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例1。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为74g，电流效率为90％。
实施例6
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例1，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为160g，电流效率为91％。
实施例7
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例1，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为262g，电流效率为90％。
实施例8
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例1。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例7，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为520g，电流效率为90.5％。
实施例9
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例1，不同点在于：
(1)气体循环系统通入的气体为氮气
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例1。
电沉积产物纯度可达到～5N，质量为77g，电流效率为91％。
实施例10
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例9。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例9，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
(2)气体循环系统所用的气体为氮气。
电沉积产物纯度可达到～5N，质量为165g，电流效率为89％。
实施例11
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例9。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例9，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
电沉积产物纯度可达到～5N，质量为271g，电流效率为89％。
实施例12
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例9。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例11，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到～5N，质量为540g，电流效率为89％。
实施例13
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例9，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例9。
电沉积产物纯度可达到～5N，沉积物质量为75g，电流效率为88％。
实施例14
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例9，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例9，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
(2)气体循环系统所用的气体为氦气。
电沉积产物纯度可达到～5N，沉积物质量为165g，电流效率为89％。
实施例15
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例9，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例9，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
电沉积产物纯度可达到～5N，沉积物质量为267g，电流效率为89％。
实施例16
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例15。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例15，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
(2)气体循环系统所用的气体为氮气-氩气混合气，按体积比，氮气：氩气＝2:1。
电沉积产物纯度可达到～5N，沉积物质量为525g，电流效率为88％。
实施例17
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例1，不同点在于：
(1)阴极为超4.5N高纯镍金属电极板构成。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，采用上述装置，按以下步骤进行：
(1)配制水溶液电解质
按配比称量去离子水、5N高纯氯化镍，配制氯化镍浓度为80g/L的高纯镍盐溶液，用盐酸调节溶液的pH值为3.5～5，得到电沉积超高纯镍的水溶液电解质。
(2)电沉积
采用99.5wt.％纯度的镍板作可溶性阳极，将制备好的水溶液电解质注入到隔膜式电解槽中，连接好电极，启动气体循环装置，使氩气从电解槽阴极区底部分散通入，流量为4mL·cm-2·min-1，接通电源，在25～30℃下进行电沉积，电流密度100A/m2，沉积时间8h，得到沉积在阴极表面的电沉积产物；
其中，电沉积过程中，隔膜式电解槽中阳极区的电解质，经外路净化除杂后，再注入到隔膜式电解槽的阴极区，以保证水溶液电解质的纯度；气体由气体循环装置导入保证气体循环畅通。
(3)后处理
将电沉积产物剥离阴极，用水冲洗，晾干、检测、真空封装。测得其纯度可达到4.5～5N，沉积物质量为97g，电流效率为88％。
实施例18
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例17。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例17，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
(2)气体循环系统所用的气体为氮气-氦气混合气，按体积比，氮气：氦气＝2:1。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为160g，电流效率为88％。
实施例19
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例17。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例17，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为265g，电流效率为87％。
实施例20
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例17。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例19，不同点在于：
(1)配制氯化镍浓度为50g/L的高纯镍盐溶液。
(2)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为525g，电流效率为88％。
实施例21
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例17，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例17，不同点在于：
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为74g，电流效率为90％。
实施例22
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例17，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例17，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为160g，电流效率为89％。
实施例23
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例17，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例17，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为262g，电流效率为89％。
实施例24
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例17。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例23，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为520g，电流效率为89％。
实施例25
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例17，不同点在于：
(1)通入气体为氮气。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例17。
电沉积产物纯度可达到～5N，沉积物质量为77g，电流效率为87％。
实施例26
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例25。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例25，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到～5N，沉积物质量为165g，电流效率为88％。
实施例27
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例25。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例25，不同点在于：
(1)电流密度为200A/m2。
电沉积产物纯度可达到～5N，沉积物质量为271g，电流效率为87％。
实施例28
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体，同实施例27。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例27，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到～5N，沉积物质量为540g，电流效率为88％。
实施例29
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例25，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例25。
电沉积产物纯度可达到～5N，沉积物质量为75g，电流效率为86％。
实施例30
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例25，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例25，不同点在于：
(1)沉积时间为10h。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为165g，电流效率为89％。
实施例31
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例25，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例25，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为267g，电流效率为87％。
实施例32
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例31，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例31，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为525g，电流效率为88％。
实施例33
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例1，不同点在于：
(1)阴极为超4.5N高纯铁金属电极板构成。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，采用上述装置，按以下步骤进行：
(1)配制水溶液电解质
按配比称量去离子水、5N高纯氯化亚铁，配制氯化亚铁浓度为95g/L的高纯氯化亚铁溶液，用盐酸调节溶液的pH值为3～4，得到电沉积超高纯铁的水溶液电解质。
(2)电沉积
采用99.5wt.％纯度的铁板作可溶性阳极，将制备好的水溶液电解质注入到隔膜式电解槽中，启动气体循环系统，使氩气从电解槽阴极区底部分散通入，在阴极区的流量为4mL·cm-2·min-1，连接好电极，接通电源，在25～30℃下进行电沉积，电流密度100A/m2，沉积时间8h，得到沉积在阴极表面的电沉积产物；
其中，电沉积过程中，隔膜式电解槽中阳极区的电解质，经外路净化除杂后，再注入到隔膜式电解槽的阴极区，以保证水溶液电解质的纯度；气体由气体循环装置导入保证气体循环畅通。
(3)后处理
将电沉积产物剥离阴极，用水冲洗，晾干、检测、真空封装。测得其纯度可达到5N，沉积物质量为103g，电流效率为94％。
实施例34
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例33。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例33，不同点在于：
(1)配制氯化亚铁浓度为60g/L的高纯氯化亚铁溶液。
(2)沉积时间为12h。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为204g，电流效率为93％。
实施例35
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例33。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例33，不同点在于：
(1)电流密度为250A/m2。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为422g，电流效率为94％。
实施例36
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例35。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例35，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为766g，电流效率为93％。
实施例37
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例33，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例33。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为104g，电流效率为94％。
实施例38
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例33，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例33，不同点在于：
(1)沉积时间为13h。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为221g，电流效率为95％。
实施例39
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例33，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例33，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为433g，电流效率为94％。
实施例40
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例39。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例39，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为763g，电流效率为93％。
实施例41
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例33，不同点在于：
(1)通入气体为氮气。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例33。
电沉积产物纯度可达到～5N，质量为109g，电流效率为94％。
实施例42
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例41。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例41，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
(2)从阴极区流入的气体流量为2mL·cm-2·min-1；
电沉积产物纯度可达到～5N，质量为205g，电流效率为94％。
实施例43
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例41。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例41，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
电沉积产物纯度可达到～5N，质量为427g，电流效率为93％。
实施例44
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例43。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例43，不同点在于：
(1)沉积时间为14h。
(2)气体循环系统所用的气体为氮气-氩气混合气，按体积比，氮气：氩气＝1:1。
采用本实施例的水溶液电解质中高效电沉积超高纯金属的方法，电沉积产物纯度可达到～5N，质量为772g，电流效率为93.5％。
实施例45
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例41，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例41。
电沉积产物纯度可达到～5N，质量为110g，电流效率为93.5％。
实施例46
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例41，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例41，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
采用本实施例的水溶液电解质中高效电沉积超高纯金属的方法，电沉积产物纯度可达到～5N，质量为200g，电流效率为92.5％。
实施例47
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例41，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例41，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
采用本实施例的水溶液电解质中高效电沉积超高纯金属的方法，电沉积产物纯度可达到～5N，质量为430g，电流效率为92％。
实施例48
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例47。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例47，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
采用本实施例的水溶液电解质中高效电沉积超高纯金属的方法，电沉积产物纯度可达到～5N，质量为734g，电流效率为91％。
实施例49
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例1，不同之处在于：
(1)阴极为4.5N高纯锌金属电极板构成。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，采用上述装置，按以下步骤进行：
(1)配制水溶液电解质
按配比称量去离子水、5N高纯氯化锌，配制氯化锌浓度为50g/L的高纯氯化锌溶液，用盐酸调节溶液的pH值为4～5，得到电沉积超高纯铁的水溶液电解质。
(2)电沉积
采用99.5wt.％纯度的锌板作可溶性阳极，将制备好的水溶液电解质注入到隔膜式电解槽中，启动气体循环系统，使氩气从电解槽阴极区底部分散通入，在阴极区的流量为3mL·cm-2·min-1，连接好电极，接通电源，在25～30℃下进行电沉积，电流密度100A/m2，沉积时间8h，得到沉积在阴极表面的电沉积产物；
其中，电沉积过程中，隔膜式电解槽中阳极区的电解质，经外路净化除杂后，再注入到隔膜式电解槽的阴极区，以保证水溶液电解质的纯度；气体由气体循环装置导入保证气体循环畅通。
(3)后处理
将电沉积产物剥离阴极，用水冲洗，晾干、检测、真空封装。测得其纯度可达到5N，沉积物质量为128g，电流效率为94％。
实施例50
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例49。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例49，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为257g，电流效率为94.5％。
实施例51
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例49。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例49，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为448g，电流效率为95.5％。
实施例52
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例51。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例51，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
(2)气体循环系统所用的气体为氮气-氦气混合气，按体积比，氮气：氦气＝1:1。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为859g，电流效率为93％。
实施例53
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例49，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例49。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为111g，电流效率为94.5％。
实施例54
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例49，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例49，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为225g，电流效率为95％。
实施例55
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例49，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例49，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为453g，电流效率为94％。
实施例56
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例55。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例55，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5N，沉积物质量为866g，电流效率为94.5％。
实施例57
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例49，不同点在于：
(1)通入气体为氮气。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例49。
电沉积产物纯度可达到～5N，质量为168g，电流效率为93％。
实施例58
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例57。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例57，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
采用本实施例的水溶液电解质中高效电沉积超高纯金属的方法，电沉积产物纯度可达到～5N，质量为334g，电流效率为94.5％。
实施例59
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例57。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例57，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，电沉积产物纯度可达到～5N，质量为490g，电流效率为93.4％。
实施例60
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例59。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例59，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，电沉积产物纯度可达到～5N，质量为864g，电流效率为94.5％。
实施例61
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例57，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例57。
电沉积产物纯度可达到～5N，质量为162g，电流效率为93.4％。
实施例62
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例57，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例57，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
采用本实施例的水溶液电解质中高效电沉积超高纯金属的方法，电沉积产物纯度可达到～5N，质量为332g，电流效率为94.5％。
实施例63
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例57，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例59，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
采用本实施例的水溶液电解质中高效电沉积超高纯金属的方法，电沉积产物纯度可达到～5N，质量为430g，电流效率为92.3％。
实施例64
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例63。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例63，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
(2)气体循环系统所用的气体为氦气。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，电沉积产物纯度可达到～5N，质量为824g，电流效率为92.3％。
实施例65
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例1，不同点在于：
阴极为4.5N高纯铜金属电极板构成。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，采用上述装置，按以下步骤进行：
(1)配制水溶液电解质
按配比称量去离子水、5N高纯氯化铜，配制氯化铜浓度为60g/L的高纯氯化铜溶液，用盐酸调节溶液的pH值为0.5～2，得到电沉积超高纯铁的水溶液电解质。
(2)电沉积
采用99.5wt.％纯度的铜板作可溶性阳极，将制备好的水溶液电解质注入到隔膜式电解槽中，启动气体循环系统，使氩气从电解槽阴极区底部分散通入，在阴极区的流量为2mL·cm-2·min-1，连接好电极，接通电源，在25～30℃下进行电沉积，电流密度100A/m2，沉积时间8h，得到沉积在阴极表面的电沉积产物；
其中，电沉积过程中，隔膜式电解槽中的阳极区的电解质，经外路净化除杂后，再注入到隔膜式电解槽的阴极区，以保证水溶液电解质的纯度；气体由气体循环装置导入保证气体循环畅通。
(3)后处理
将电沉积产物剥离阴极，用水冲洗，晾干、检测、真空封装。测得其纯度可达到5.5N，沉积物质量为124g。
实施例66
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例65。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例65，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5.5N，沉积物质量为232g。
实施例67
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例65。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例65，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
电沉积产物纯度可达到5.5N，沉积物质量为426g。
实施例68
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例67。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例67，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5.5N，沉积物质量为817g。
实施例69
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例65，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例65。
电沉积产物纯度可达到5.5N，沉积物质量为101g。
实施例70
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例65，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例63，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5.5N，沉积物质量为208g。
实施例71
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例65，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例65，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
电沉积产物纯度可达到5.5N，沉积物质量为428g。
实施例72
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例71。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例71，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
电沉积产物纯度可达到5.5N，沉积物质量为821g。
实施例73
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例65，不同点在于：
通入气体为氮气。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例65。
电沉积产物纯度可达到5.5N，质量为171g。
实施例74
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例73。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例73，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
采用本实施例的水溶液电解质中高效电沉积超高纯金属的方法，电沉积产物纯度可达到5.5N，质量为311g。
实施例75
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例73。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例73，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
采用本实施例的水溶液电解质中高效电沉积超高纯金属的方法，电沉积产物纯度可达到5.5N，质量为466g。
实施例76
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例75。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例75，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
采用本实施例的水溶液电解质中高效电沉积超高纯金属的方法，电沉积产物纯度可达到5.5N，质量为884g。
实施例77
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例73，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例73。
电沉积产物纯度可达到5.5N，质量为150g。
实施例78
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例73，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例73，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
采用本实施例的水溶液电解质中高效电沉积超高纯金属的方法，电沉积产物纯度可达到5.5N，质量为300g。
实施例79
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例73，不同点在于：
(1)石墨作为惰性阳极；
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例73，不同点在于：
(1)电流密度为300A/m2。
采用本实施例的水溶液电解质中高效电沉积超高纯金属的方法，电沉积产物纯度可达到5.5N，质量为417g。
实施例80
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，同实施例79。
一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，同实施例79，不同点在于：
(1)沉积时间为15h。
(2)气体循环系统所用的气体为氮气-氩气混合气，按体积比，氮气：氩气＝3:1。
采用本实施例的水溶液电解质中高效电沉积超高纯金属的方法，电沉积产物纯度可达到5.5N，质量为801g。

Claims (9)

1.一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，其特征在于，该水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置包括阴极、阳极、隔膜式电解槽、电源和气体循环系统；
所述的隔膜式电解槽中的隔膜将电解槽分为阴极区和阳极区；
所述的气体循环系统包括管路、气体分散器和气体净化输送动力装置；所述的气体循环系统中的气体净化输送动力装置设有除氧和除氢装置；
所述的气体循环系统管路的进气口设置在隔膜式电解槽阴极区的底部，出气口设置在隔膜式电解槽的顶部，气体循环系统和隔膜式电解槽形成闭路的气体循环；
所述的气体循环系统中的气体分散器设置在管路的进气口；气体净化输送动力装置设置在管路上。
2.如权利要求1所述的水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，其特征在于，所述的水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，还设置有外部净化装置，外部净化装置两端分别与阴极区和阳极区相通。
3.如权利要求1或2所述的水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，其特征在于，所述的气体循环系统中的气体净化输送动力装置，用于使气体从电解槽阴极区底部进入，从电解槽顶部收集，通过气体净化输送动力装置输送至电解槽阴极区底部循环使用。
4.如权利要求1或2所述的水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，其特征在于，所述的气体循环系统所用的气体为氮气、氩气、氦气、氮气-氩气混合气、氮气-氦气混合气中的一种。
5.如权利要求1或2所述的水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，其特征在于，所述的水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的装置，阳极为可溶性阳极或惰性阳极；当为可溶性阳极时，具体为金属板可溶性阳极，金属板可溶性阳极纯度为99.5wt.%~99.9wt.%；当为惰性阳极时，为石墨。
6.一种水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，其特征在于，采用权利要求1~2中任意一项所述的装置，包括以下步骤：
步骤1：配制水溶液电解质
根据所要制备的超高纯金属，称取相应的金属的高纯盐，加入去离子水，得到浓度为50~100g/L的相应金属的高纯盐溶液，用HCl调节pH值为0.5~5后，制得水溶液电解质；
步骤2：电沉积
将水溶液电解质注入隔膜式电解槽中，启动气体循环系统，对气体除氢和除氧后，使气体循环系统所用的气体从电解槽阴极区底部分散通入，连接好阴极和阳极，接通电源，在25~40℃下，进行恒电流密度电沉积，得到沉积在阴极表面的电沉积产物；
所述的从阴极区流入的气体流量≤4mL·cm-2·min-1；
所述的恒电流密度为100～300A/m2，电沉积时间为8~15h；
步骤3：后处理
将沉积在阴极表面的电沉积产物从阴极剥离，用去离子水冲洗，晾干，得到超高纯金属单晶体，检测后真空封装。
7.如权利要求6所述的水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，其特征在于，制得的超高纯金属单晶体的金属纯度为5N及以上。
8.如权利要求6所述的水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的相应的金属的高纯盐，其纯度≥5N，具体为氯化钴、氯化镍、氯化铁、氯化亚铁、氯化锌、氯化铜、四氯化金、硝酸银、硅氟酸铅或氯化亚锡中的一种。
9.如权利要求6所述的水溶液电解质中电沉积定向生长金属单晶体的方法，其特征在于，所述的步骤2中，电沉积过程中，隔膜式电解槽中的阳极区的水溶液电解质，经外路的外部净化装置净化除杂后，再注入隔膜式电解槽中的阴极区。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3600294A (en) * 1967-08-15 1971-08-17 Us Air Force Electrocrystallizer
US4632736A (en) * 1982-06-25 1986-12-30 Westfall Richard M Electrolytic preparation of tin
JPS62161984A (ja) * 1986-01-09 1987-07-17 Showa Denko Kk 電解鉄の製法
US5167791A (en) * 1991-12-20 1992-12-01 Xerox Corporation Process for electrolytic deposition of iron
JP2004531640A (ja) * 2001-02-07 2004-10-14 マイクロリス・コーポレイシヨン 水性めっき液の脱気方法
US6787019B2 (en) * 2001-11-21 2004-09-07 E. I. Du Pont De Nemours And Company Low temperature alkali metal electrolysis
CN101270480B (zh) * 2007-03-21 2010-05-19 中国科学院过程工程研究所 离子液体电解四氯化钛制备金属钛或电镀金属钛的方法
CN201053039Y (zh) * 2007-03-29 2008-04-30 上海大学 制备球状纳晶镍铁镀层的电沉积装置
CN101392387B (zh) * 2008-10-21 2010-04-14 四会市鸿明贵金属有限公司 一种硝酸铜溶液电积的方法
CN103031567B (zh) * 2011-10-08 2016-04-20 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种电解制取金属钠的方法
TWI507569B (zh) * 2013-08-30 2015-11-11 Univ Nat Chiao Tung 單晶銅、其製備方法及包含其之基板
CN104947152B (zh) * 2014-03-31 2017-12-26 晟通科技集团有限公司 熔盐电解精炼法制备高纯钛的方法
CN104141150A (zh) * 2014-07-25 2014-11-12 东北大学 以离子液体和氯化铝为电解质低温电解制取铝的方法
CN204198870U (zh) * 2014-11-04 2015-03-11 昆明理工大学 一种用于离子液体电沉积的装置
CN204422473U (zh) * 2014-12-23 2015-06-24 武汉工程大学 一种实验室用惰性气氛简易电解池
CN104928719B (zh) * 2015-06-10 2017-12-08 宁夏德运创润钛业有限公司 一种熔盐电解冶炼高纯钛装置及其冶炼方法
CN105568320A (zh) * 2016-02-24 2016-05-11 宁夏德运特种冶金有限公司 一种熔盐电解法工业生产高纯钛的装置及方法
CN205398736U (zh) * 2016-03-03 2016-07-27 湖州梦源环保科技有限公司 一种废液再生利用和精铜回收装置
CN105803501B (zh) * 2016-03-08 2018-08-14 山西大同大学 一种高密度孪晶金属材料的制备方法
CN106868550A (zh) * 2017-02-27 2017-06-20 北京科技大学 一种熔融盐中电解废钛制备高纯钛的方法
CN106947874B (zh) * 2017-04-18 2018-11-27 北京科技大学 一种两步法制备高纯钛的方法
CN107338455A (zh) * 2017-09-01 2017-11-10 江西德义半导体科技有限公司 一种高纯镓的电解装置及方法
CN207210550U (zh) * 2017-09-01 2018-04-10 江西德义半导体科技有限公司 一种高纯镓的电解装置

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