CN111377976A - 一种有机磷发光材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机磷发光材料,分子结构通式如说明书中式I所示,所述R1、R2、R3、R4的位置均为所在环的位置,R1、R3均表示单、二、三、四或无取代基,R2表示单、二或无取代基,R4、R5、R6均表示单或无取代基;R1、R2、R3、R4、R5和R6均为氢、氘、卤素、羟基、烷基、环烷基、芳烷基、烷氧基、芳氧基、氨基、硅烷基、烯烃基、环烯基、炔烃基、芳基、杂环基、杂芳基、酰基、羰基、羧酸基、醚基、酯基、腈基、硫基、亚磺酰基、磺酰基、膦基中的一种。本发明提供了一种新型结构的有机磷发光材料,制备方法工艺简单,制备的产物纯度高,使得有机电致发光器件的发光效率提高,使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于有机光电材料领域,特别涉及一种杂环结构含多个氮原子类金属铱配合物有机磷发光材料的制备方法及应用。
背景技术
有机电致发光器件由于自发射、响应快、亮度高、柔性可卷曲等优点,已在新一代大面积平板显示器和半导体固体照明光源领域中备受瞩目,由于其在显示技术领域的潜在卓越的性能使其成为第三代平板现实中最具竞争力的技术,因此,OLED具有良好的发展前景,然而,制作有机电致发光器件必然用到有机磷光材料,但是,由于材料的限制导致有机电致发光器件的发展明显落后,目前在寿命和生产成本方面还需要进一步改善。
而有机发光二极管的发光材料主要为磷光发光材料,而其中的三基色红、绿、蓝独立发光是目前采用最多的彩色模式,技术重点在于提高发光材料光色纯度与效率,因此,近年来,人们致力于有机磷光材料的研究,其中最多的是金属铱配合物。
作为发光材料,由从每个电极注入的电子和空穴的重组而形成激子,单线态激子发射荧光,三线态激子发射磷光,发射单线态激子具有25%的形成可能性,而发射磷光的三线态激子具有75%的形成可能性。因此,与单线态激子想比,三线态激子提供更大的发光效率。在这样的磷光材料中,红色磷光材料比荧光材料可以具有更大的发光效率。因此,作为提高有机电致发光器件的效率的重要因素,并且被广泛研究。
因此,研发一种发光效率高且寿命长的有机磷发光材料是本领域人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种发光效率高且寿命长的有机磷发光材料。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种有机磷发光材料,上述有机磷发光材料的分子结构通式I为:
上述R1、R2、R3、R4的位置均为所在环的位置,R1、R3均表示单、二、三、四或无取代基,R2表示单、二或无取代基,R4、R5、R6均表示单或无取代基;
其中,R1、R2、R3、R4、R5和R6均为氢、氘、卤素、羟基、烷基、环烷基、芳烷基、烷氧基、芳氧基、氨基、硅烷基、烯烃基、环烯基、炔烃基、芳基、杂环基、杂芳基、酰基、羰基、羧酸基、醚基、酯基、腈基、硫基、亚磺酰基、磺酰基、膦基中的一种。
进一步,R1、R2、R3、R4、R5和R6均为氢、氘、卤素、羟基、氨基、C1-C60的烷基,C6-C60的芳基,C3-C30的环烷基,C1-C60的烷氧基,C1-C60的烷胺基,C2-C60的烯烃基,C2-C60的炔烃基中的一种或几种的组合;
进一步,上述R1、R2、R3、R4各自独立的与所在环形成环状基团,或R1、R2、R3与R4中至少两个取代基成环,上述环状基团为脂肪族环、芳环、杂芳环、稠环、螺环中的一种;
进一步,上述环状基团为C5-C60的杂环基,C10-C60的稠环基,C5-C60的螺环基中的一种。
进一步,上述上述环状基团为C3-C30脂肪族环、C6-C18芳环、C4-C18杂芳环、C10-C18稠环、或C5-C18螺环,或R1、R2、R3与R4中至少两个取代基成环形成C3-C18脂肪族环、C6-C18芳环、C4-C18芳杂环、C10-C18稠环、或C5-C18螺环中的一种。
进一步,上述烷基为C1-C60的直链或支链烷基;
进一步,上述烯烃基为C2-C60的直链或支链烯基;
进一步,上述烯烃基为乙烯基、1-丙烯基、异丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、3-甲基-1-丁烯基、1,3-丁二烯基中的一种;
进一步,上述炔烃基为C2-C60的直链或支链炔基;
进一步,上述炔烃基为乙炔基、丙炔基、1-丁炔基、2-丁炔基、1-戊炔基、2-戊炔基、3-甲基-1-丁炔基、1,3-丁二炔基中的一种;
进一步,上述环烷基为C3-C60的环状烷基。
进一步,上述环烷基为环丙基、环丁基、环戊基、3-甲基环戊基、2,3-二甲基环戊基、环己基、3-甲基环己基、4-甲基环己基、2,3-二甲基环己基、3,4,5-三甲基环己基、4-叔丁基环己基、环庚基、环辛基中的一种。
进一步,上述芳基为C5-C60的单环芳基或多环芳基;
进一步,上述单环芳基为苯基、联苯基、三联苯基中的一种。
进一步,上述多环芳基具有其中两个碳为两个邻接环共用的两个或多个环,其中上述两个或多个环中至少一个是芳香族烃基,其它环为环烷基、环烯基、芳基、杂环和/或杂芳基。
进一步,上述多环芳基为萘基、蒽基、菲基、芘基、苝基、芴基、苯并芴基、三亚苯基中的一种。
进一步,上述芴基被取代,且两个取代基彼此键合形成螺环结构,优选地,上述基团或取代基团的原子被氘代。
进一步,上述杂环基为至少含有一个杂原子的C5-C60的芳香族杂环基或非芳香族杂环基;
上述杂芳基为至少包含一个杂原子的单环杂芳基或多环杂芳基;
且上述杂环基和上述杂芳基的杂原子均为O、S、N、P、B、Si、Se中的一种或几种的组合;杂原子优选为O、S或N。
进一步,上述非芳香族杂环基为包括至少一个杂原子的3到7个环原子的杂环基。
进一步,上述非芳香族杂环基为环胺基、环醚基或硫醚基。
进一步,上述非芳香族杂环基为吗啉基、哌啶基、吡咯烷基、四氢呋喃基、四氢吡喃基、四氢噻吩基中的一种。
进一步,上述单环杂芳基是具有5或6个环原子的单环,并且包括1-6个杂原子;
进一步,上述多环杂芳基中两个原子为两个邻接环(上述环是“稠合的”)共用的,其中至少一个环是杂芳基,其它环是环烷基、环烯基、芳基、杂环和/或杂芳基。
进一步,上述多环杂芳基的每个环上具有一到六个杂原子;
进一步,上述杂芳基含有三到三十个碳原子;
进一步,上述杂芳基含有三到二十个碳原子;
进一步,上述杂芳基是含有三到十二个碳原子。
进一步,上述杂芳基为二苯并噻吩、二苯并呋喃、二苯并硒吩、呋喃、噻吩、苯并呋喃、苯并噻吩、咔唑、吲哚并咔唑、吡啶基吲哚、吡咯并二吡啶、吡唑、咪唑、三唑、噁唑、噻唑、二噁唑、噻二唑、吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、三嗪、噁嗪、噁噻嗪、噁二嗪、吲哚、苯并咪唑、苯并噁唑、苯并异噁唑、苯并噻唑、喹啉、异喹啉、喹唑啉、喹喔啉、萘啶、氧杂蒽、吖啶、吩嗪、吩噻嗪、吩噁嗪、苯并呋喃并吡啶、呋喃并二吡啶、苯并噻吩并吡啶、噻吩并二吡啶,优选二苯并噻吩、二苯并呋喃、咔唑、吲哚并咔唑、咪唑、吡啶、三嗪、苯并咪唑、1,2-氮杂硼烷、1,3-氮杂硼烷、1,4-氮杂硼烷、硼氮炔和其氮杂类似物中的一种。
进一步,上述有机磷发光材料的结构式为Ⅰ-1至Ⅰ-112中的任一种:
本发明还提供了一种上述有机磷发光材料的制备方法,包括以下步骤:
1)将式Ⅱ化合物与三氯化铱加入反应容器中,再加入乙二醇乙醚和水的混合溶液,搅拌回流下反应得到式Ⅳ化合物;
2)将式Ⅳ化合物与式Ⅲ化合物加入反应容器中,再加入碱,最后加入乙二醇乙醚,搅拌回流下反应得到式Ⅰ化合物;
式Ⅰ化合物的合成路线为:
进一步,步骤1)中,上述式Ⅱ化合物与三氯化铱的摩尔比为(2.2-2.5):1;上述乙二醇乙醚和水的混合溶液与三氯化铱的质量比为(15-30):1,反应时间24-30小时;且上述乙二醇乙醚和水的质量比为3:1。
进一步,步骤2)中,上述式Ⅳ化合物与式Ⅲ化合物的摩尔比为1:(2.5-8),上述碱和乙二醇乙醚与式Ⅳ化合物的质量比为(10-30):1;反应时间为10-30小时;其中上述碱为无水碳酸钾或无水碳酸钠。
本发明还提供了一种上述有机磷发光材料或上述方法制备的有机磷发光材料在有机电致发光器件中的应用。
本发明还提供了一种有机电致发光器件,包括:第一电极、第二电极和置于所述两电极之间的有机物层;
其中,上述发光层包括:主体材料和掺杂材料,上述掺杂材料为权利要求1-4上述有机磷发光材料,上述主体材料与掺杂材料的质量比为(90-99.5):(0.5-10);
上述有机物层包括:空穴注入层、空穴传输层、具备空穴注入及空穴传输的技能层一、电子阻挡层、发光层、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层、具备电子传输及电子注入的技能层二中的一种或几种的组合。
本发明还提供了一种上述有机电致发光器件在制备有机发光器件、有机太阳能电池、电子纸、有机感光体、有机薄膜晶体管中的应用。
本发明的有益效果是:
本发明提供了一种新型结构的铱金属配合物,通过选择特定的杂环的配体结合,调节化合物的波长,得到的有机金属化合物在用于有机电致发光器件后,使得器件的发光效率提高,而且使用寿命长。
本发明提供的铱金属配合物的制备方法,工艺简单,制备的产物纯度高。
具体实施方案
以下的实施例在于详细说明本发明,只是本发明的较佳实施例,并非限制本发明。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备结构式为式Ⅰ-1的有机磷发光材料;
其具体的合成步骤如下:
在氮气保护体系下,称式II-1化合物(6.40g,25mmol),IrC13·3H2O(3.52g,10mmo1)放入反应容器中,加入180m1乙二醇乙醚和60m1纯净水的混合溶液,氮气保护下回流25小时,然后冷却到室温,有沉淀析出,将沉淀抽滤,用水、无水乙醇、石油醚依次冲洗烘干。得到暗红色粉末的桥联化合物Ⅳ-1质量为4.4g,产率为60%。
然后称取桥联化合物Ⅳ-1(3.69g,2.5mmol),加入无水碳酸钾(3.45g,25mmol),再向体系中加入72ml乙二醇乙醚,置换氮气三次,在氮气下加入3,7-二乙基-4,6-壬二酮(1.59g,7.5mmol),氮气保护下,回流24小时,降温,抽滤,醇洗,烘干。用二氯甲烷做溶剂,用中性氧化铝柱层析,滤液浓缩固体析出,最终得到式I-1所示的红色的有机磷发光材料,质量为2.65g。其产率58%,HPLC纯度大于99.5%。
质谱:计算值为914.32;测试值为914.36。
元素分析:
计算值为C:64.38;H:4.96;Ir:21.03;N:6.13;O:3.50;
测试值为C:64.39;H:4.97;Ir:21.01;N:6.12;O:3.51.
实施例2
制备结构式为式Ⅰ-15的有机磷发光材料;
其具体的合成步骤如下:
在氮气保护体系下,称化合物Ⅱ-15(7.10g,25mmol),IrC13·3H2O(3.52g,10mmo1)放入反应容器中,加入210m1乙二醇乙醚和70m1纯净水的混合溶液,氮气保护下回流30小时,然后冷却到室温,有沉淀析出,将沉淀抽滤,用水、无水乙醇、石油醚依次冲洗烘干。得到暗红色粉末的桥联化合物Ⅳ-15质量为5.01g,产率为63%。
然后称取桥联化合物Ⅳ-15(4.77g,3mmol),加入无水碳酸钾(4.14g,30mmol),再向体系中加入60ml乙二醇乙醚,置换氮气三次,在氮气下加入乙酰丙酮(1.20g,12mmol),氮气保护下,回流24小时,降温,抽滤,醇洗,烘干。用二氯甲烷和甲苯做溶剂,用中性氧化铝柱层析,滤液浓缩固体析出,最终得到式I-15所示的红色有机磷发光材料,质量为3.79g。其产率69%,HPLC纯度大于99.5%。
质谱:计算值为858.25:测试值为858.29。
元素分析:
计算值为C:62.99;H:4.35;Ir:22.40;N:6.53;O:3.73.
测试值为C:62.98;H:4.34;Ir:22.41;N:6.55;O:3.74.
实施例3
制备结构式为式Ⅰ-38的有机磷发光材料;
其具体的合成步骤如下:
氮气保护体系下,称化合物Ⅱ-38(6.87g,22mmol),IrC13·3H2O(3.52g,10mmo1)放入反应容器中,加入120m1乙二醇乙醚和40m1纯净水的混合溶液,氮气保护下回流24小时,然后冷却到室温,有沉淀析出,将沉淀抽滤,用水、无水乙醇、石油醚依次冲洗烘干。得到暗红色粉末的桥联化合物Ⅳ-38质量为4.68g,产率为55%。
然后称取桥联化合物Ⅳ-38(4.25g,2.5mmol),加入无水碳酸钾(3.45g,25mmol),再向体系中加入30ml乙二醇乙醚,置换氮气三次,在氮气下加入乙酰丙酮(1.25g,12.5mmol),氮气保护下,回流20小时,降温,抽滤,醇洗,烘干。用二氯甲烷做溶剂,用中性氧化铝柱层析,滤液浓缩固体析出,最终得到式I-38所示的红色有机磷发光材料,质量为2.74g。其产率60%,HPLC纯度大于99.5%。
质谱:计算值为914.32;测试值为914.38。
元素分析:
计算值为C:64.38;H:4.96;Ir:21.03;N:6.13;O:3.50.
测试值为C:64.37;H:4.95;Ir:21.04;N:6.12;O:3.52.
实施例4
制备结构式为式Ⅰ-62的有机磷发光材料;
其具体的合成步骤如下:
在氮气保护体系下,称化合物Ⅱ-62(8.50g,25mmol),IrC13·3H2O(3.52g,10mmo1)放入反应容器中,加入225m1乙二醇乙醚和75m1纯净水的混合溶液,氮气保护下回流28小时,然后冷却到室温,有沉淀析出,将沉淀抽滤,用水、无水乙醇、石油醚依次冲洗烘干。得到暗红色粉末的桥联化合物Ⅳ-62质量为5.62g,产率为62%。
然后称取桥联化合物Ⅳ-62(5.44g,3mmol),加入无水碳酸钾(3.45g,30mmol),再向体系中加入90ml乙二醇乙醚,置换氮气三次,在氮气下加入乙酰丙酮(1.80g,18mmol),氮气保护下,回流20小时,降温,抽滤,醇洗,烘干。用二氯甲烷做溶剂,用中性氧化铝柱层析,滤液浓缩固体析出,最终得到式I-62所示的红色有机磷发光材料,质量为3.78g。其产率65%,HPLC纯度大于99.5%。
质谱:计算值为970.38;测试值为970.30。
元素分析:
计算值为C:65.61;H:5.51;Ir:19.81;N:5.77;O:3.30.
测试值为C:65.60;H:5.52;Ir:19.80;N:5.76;O:3.32.
实施例5
制备结构式为式Ⅰ-91的有机磷发光材料;
其具体的合成步骤如下:
氮气保护体系下,称化合物Ⅱ-91(6.87g,22mmol),IrC13·3H2O(3.52g,10mmo1)放入反应容器中,加入120m1乙二醇乙醚和40m1纯净水的混合溶液,氮气保护下回流24小时,然后冷却到室温,有沉淀析出,将沉淀抽滤,用水、无水乙醇、石油醚依次冲洗烘干。得到暗红色粉末的桥联化合物Ⅳ-91质量为4.68g,产率为55%。
然后称取桥联化合物Ⅳ-91(4.25g,2.5mmol),加入无水碳酸钾(3.45g,25mmol),再向体系中加入30ml乙二醇乙醚,置换氮气三次,在氮气下加入乙酰丙酮(1.25g,12.5mmol),氮气保护下,回流20小时,降温,抽滤,醇洗,烘干。用二氯甲烷做溶剂,用中性氧化铝柱层析,滤液浓缩固体析出,最终得到式I-91所示的红色有机磷发光材料,质量为2.74g。其产率60%,HPLC纯度大于99.5%。
质谱:计算值为914.32;测试值为914.36。
元素分析:
计算值为C:64.38;H:4.96;Ir:21.03;N:6.13;O:3.50.
测试值为C:64.39;H:4.95;Ir:21.02;N:6.12;O:3.52.
实施例6
制备结构式为式Ⅰ-112的有机磷发光材料;
其具体的合成步骤如下:
氮气保护体系下,称化合物Ⅱ-112(6.38g,22mmol),IrC13·3H2O(3.52g,10mmo1)放入反应容器中,加入120m1乙二醇乙醚和40m1纯净水的混合溶液,氮气保护下回流24小时,然后冷却到室温,有沉淀析出,将沉淀抽滤,用水、无水乙醇、石油醚依次冲洗烘干。得到暗红色粉末的桥联化合物Ⅳ-112质量为4.03g,产率为50%。
然后称桥联化合物Ⅳ-112(4.03g,2.5mmol),加入无水碳酸钾(3.45g,25mmol),再向体系中加入30ml乙二醇乙醚,置换氮气三次,在氮气下加入乙酰丙酮(1.25g,12.5mmol),氮气保护下,回流20小时,降温,抽滤,醇洗,烘干。用二氯甲烷做溶剂,用中性氧化铝柱层析,滤液浓缩固体析出,最终得到式I-112所示的红色有机磷发光材料,质量为2.39g。其产率55%,HPLC纯度大于99.5%。
质谱:计算值为870.33;测试值为870.36。
元素分析:
计算值为C:62.12;H:5.67;Ir:22.09;N:6.44;O:3.68.
测试值为C:62.13;H:5.66;Ir:22.09;N:6.43;O:3.69.
其他化合物的合成方法与上述相同,在此不一一赘述,其他合成实施例质谱或分子式如表1所示:
表1实施例质谱或分子式
本发明还提供了一种有机电致发光器件,所述有机电致发光器件由上述的有机磷发光材料制成,更具体的为由式Ⅰ的有机磷发光材料制成。
为了更进一步的描述本发明,以下列举更具体的实施例
实施例7
使用式Ⅰ-1有机磷发光材料制备有机电致发光器件,其更具体的为:
将涂层厚度为的ITO玻璃基板放在蒸馏水中清洗2次,超声波洗涤30分钟,用蒸馏水反复清洗2次,超声波洗涤10分钟,蒸馏水清洗结束后,异丙醇、丙酮、甲醇等溶剂按顺序超声波洗涤以后干燥,转移到等离子体清洗机里,将上述基板洗涤5分钟,送到蒸镀机里。在真空条件下,标准压力设定为1×10-6托。此后在ITO基板上以CuPc(),NPB(),CBP+式Ⅰ-1(5%)(),Alq3(),LiF(),和Al()的顺序形成有机物质的层。对得到的器件的性能发光特性测试,测量采用KEITHLEY 2400型源测量单元,CS-2000分光辐射亮度计,以评价驱动电压,发光亮度,寿命。
参照上述方法,将式Ⅰ-1分别替换为式Ⅰ-2、式Ⅰ-8、式Ⅰ-12、式Ⅰ-15、式Ⅰ-22、式Ⅰ-31、式Ⅰ-37、式Ⅰ-38、式Ⅰ-55、式Ⅰ-62、式Ⅰ-70、式Ⅰ-84、式Ⅰ-91、式Ⅰ-100、式Ⅰ-112,制备得到相应化合物的有机电致发光器件。
对比例1
按照实施例7相同的方法制备有机电致发光器件,发光层红光掺杂化合物为(btp)2Ir(acac)。
其中本发明中的实施方案中使用的化合物铜(Ⅱ)酞菁(CuPc),NPB,(btp)2Ir(acac),Alq3和CBP的结构式。
对制备的有机电致发光器件进行与实施例7相同的检测,结果见表2。
表2对比例1和本发明制备的有机电致发光器件性能检测结果
如表2所示,电流相同情况下,本发明中的化合物具有较低的电压,并且功率效率明显提高。通过本发明所得的化合物作为有机电致发光器件的发光层,本发明提供具有较高亮度以及寿命较好的有机电致发光器件。
本领域的技术人员将明显看到,在不脱离本发明的精神和范围下,本发明可以有许多修改和变化。因此可以预期到,本发明覆盖在附带权利要求的范围及其相当范围内提供的本发明修改和变化。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或者使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其他实施例中实现。因此,本发明将不会被限制与本文所示的这些实施例,而是符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
2.根据权利要求1所述一种有机磷发光材料,其特征在于,所述R1、R2、R3、R4各自独立的与所在环形成环状基团,或R1、R2、R3与R4中至少两个取代基成环,所述环状基团为脂肪族环、芳环、杂芳环、稠环、螺环中的一种。
3.根据权利要求1所述一种有机磷发光材料,其特征在于,所述烷基为C1-C60的直链或支链烷基;
所述烯烃基为C2-C60的直链或支链烯基;
所述炔烃基为C2-C60的直链或支链炔基;
所述环烷基为C3-C60的环状烷基。
4.根据权利要求1所述一种有机磷发光材料,其特征在于,
所述芳基为C5-C60的单环芳基或多环芳基;
所述杂环基为至少含有一个杂原子的C5-C60的芳香族杂环基或非芳香族杂环基;
所述杂芳基为至少包含一个杂原子的单环杂芳基或多环杂芳基;
且所述杂环基和所述杂芳基的杂原子均为O、S、N、P、B、Si、Se中的一种或几种的组合。
6.根据权利要求5所述一种有机磷发光材料的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述式Ⅱ化合物与三氯化铱的摩尔比为(2.2-2.5):1;所述乙二醇乙醚和水的混合溶液与三氯化铱的质量比为(15-30):1,反应时间24-30小时;且所述乙二醇乙醚和水的质量比为3:1。
7.根据权利要求5所述一种有机磷发光材料的制备方法,其特征在于,步骤2)中,所述式Ⅳ化合物与式Ⅲ化合物的摩尔比为1:(2.5-8),所述碱和乙二醇乙醚与式Ⅳ化合物的质量比为(10-30):1;反应时间为10-30小时;其中所述碱为无水碳酸钾或无水碳酸钠。
8.一种如权利要求1-4任一项所述有机磷发光材料或如权利要求5-7任一项所述方法制备的有机磷发光材料在有机电致发光器件中的应用。
9.根据权利要求8所述的一种有机磷发光材料在有机电致发光器件中的应用,其特征在于,所述有机电致发光器件包括:第一电极、第二电极和置于所述两电极之间的有机物层;
其中,所述发光层包括:主体材料和掺杂材料,所述掺杂材料为权利要求1-4所述有机磷发光材料,所述主体材料与掺杂材料的质量比为(90-99.5):(0.5-10);
所述有机物层包括:空穴注入层、空穴传输层、具备空穴注入及空穴传输的技能层一、电子阻挡层、发光层、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层、具备电子传输及电子注入的技能层二中的一种或几种的组合。
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