CN114994140B - 一种用于检测硫含量的氧化锌-二氧化钛传感器及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测硫含量的氧化锌‑二氧化钛传感器及其制备方法与应用，属于传感器领域。本发明的目的是为了解决现有柴油硫含量检测方法便携性差、成本高、效率低等问题，所述传感器包括绝缘的氧化铝陶瓷基底，陶瓷基底上覆盖一层叉指电极和采用磁控溅射法沉积在陶瓷基底上的氧化锌‑二氧化钛薄膜，该氧化锌‑二氧化钛薄膜可以在柴油中稳定存在，会随柴油中硫化物含量而改变氧化锌‑二氧化钛薄膜的电导率。本发明采用磁控溅射技术在氧化铝陶瓷上制备的氧化锌‑二氧化钛复合薄膜均匀致密，附着力强，在柴油中长时间浸泡不会出现脱落的问题。制备方法简单，并且制备的基于磁控溅射制备的氧化锌‑二氧化钛的硫传感器具有较好的重复性。

Description

一种用于检测硫含量的氧化锌-二氧化钛传感器及其制备方 法与应用
技术领域
本发明属于传感器领域，具体涉及一种用于检测硫含量的氧化锌-二氧化钛传感器及其制备方法与应用。
背景技术
柴油中的硫化物含量直接影响油的质量，而且硫化物会对炼油的设备，汽车发动机等机械设备造成破坏，燃烧后的产物(SO2等)也会污染环境、影响人们的健康。出于对人们的身体健康、环境及经济等角度考虑，各国相继制定了严格的排放标准，对燃料油的硫含量进行了严格的控制。目前欧盟实施的排放标准中，要求硫含量不高于10ppm。我国也对油中硫含量的标准逐渐提高，在2020年提出的国VI标准中，要求硫含量不高于10ppm。随着油的标准的逐渐提高，燃料油逐渐向低硫方向发展。为了更好的执行国家制定的排放标准，一方面国家需要提高监管的力度，另一方面需要原油脱硫技术的发展和油中硫含量的快速检测。
目前有较多的方法可以检测油中硫含量，使用较多的有燃灯法、库伦法、紫外荧光法、波长色散X射线荧光法、能量色散X射线荧光法、电感耦合等离子体发射光谱法等。这些检测方法都无法实现对油中的硫含量进行快速的检测，而且往往需要大型的设备，便捷性较差，因此寻找一种便捷、快速、灵敏度高的检测方法是必要的。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有柴油硫含量检测方法便携性差、成本高、效率低等问题，提供一种用于检测硫含量的氧化锌-二氧化钛传感器及其制备方法与应用，制备的传感器用于检测柴油中的硫化物含量。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种用于检测硫含量的氧化锌-二氧化钛传感器，所述传感器包括绝缘的氧化铝陶瓷基底，陶瓷基底上覆盖一层叉指电极和采用磁控溅射法沉积在陶瓷基底上的氧化锌-二氧化钛薄膜，该氧化锌-二氧化钛薄膜可以在柴油中稳定存在，会随柴油中硫化物含量而改变氧化锌-二氧化钛薄膜的电导率。
进一步地，所述叉指电极的材料为导电金属，如金、银、铂等。
进一步地，所述氧化锌-二氧化钛薄膜的厚度为100-600nm。如果氧化锌-二氧化钛薄膜的厚度较小，此时氧化锌-二氧化钛薄膜的电阻过大，会使得仪器的测试误差增大。如果氧化锌-二氧化钛薄膜的厚度较大，此时氧化锌-二氧化钛薄膜的电阻过小，使得柴油中的硫化物的吸附引起的传感器的电阻的变化率较小，造成识别的困难。综合考虑，将薄膜厚度限定为100-600nm。
进一步地，所述氧化锌和二氧化钛的比例为4:1-2:1。通过控制溅射时电源的功率来调节氧化锌和二氧化钛的比例。
一种上述用于检测硫含量的氧化锌-二氧化钛传感器的制备方法，直接在陶瓷上采用磁控溅射的方法同时沉积氧化锌和二氧化钛，所述的陶瓷片为氧化铝陶瓷，陶瓷上覆盖一层叉指电极。采用磁控溅射法制备氧化锌-二氧化钛薄膜，所述方法为：
步骤一：将覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷片放置在乙醇溶液中超声清洗，去除衬底表面的杂质；
步骤二：将氧化锌靶材和二氧化钛靶材放置在腔室中，将覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷片放在靶材上方，关闭腔室，抽取真空使腔室内的真空度为0.001-0.003Pa；
步骤三：调节氩气为40-50sccm，腔室内真空度为1-3Pa，使用射频电源溅射氧化锌，射频电源的功率调节为70-100w，使用直流电源溅射二氧化钛，直流电源的功率调节为30-50w，溅射时间为1-6h，溅射完成后取出；
步骤四：将制备的沉积有氧化锌-二氧化钛复合材料薄膜的氧化铝陶瓷片在200-300℃管式炉中煅烧1-2h，得到检测硫含量的氧化锌-二氧化钛传感器。氧化锌-二氧化钛复合材料薄膜均匀致密，附着力好，为透明的淡黄色的薄膜，厚度为100-600nm。制备氧化锌-二氧化钛薄膜均匀致密，在柴油中能够稳定存在，经过长时间浸泡也不会在陶瓷片上脱落。
进一步地，步骤二中，所述氧化锌靶材和二氧化钛靶材的纯度均为99.99％，靶材和衬底的溅射间距为10-15cm。
进一步地，步骤三中，电源启动后，先预溅射3-5min以去除氧化锌和二氧化钛表面的杂质，然后打开靶材和衬底之间的挡板。
一种上述方法制备的传感器的应用，所述传感器用于测试柴油中的硫含量，具体为：把传感器完全的放入柴油中，把方波电流施加在叉指电极的两端，测试传感器两端的电压的变化。
进一步地，所述传感器和电化学工作站相连后，设置正向电流为0.01-10μA，持续时间为10-600s，反向电流为﹣0.01-10μA，持续时间为10-600s，波形周期为5-20个，记录基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器的电压变化情况。传感器的电阻会受到测试时间和测试电流的影响，当测试时间或测试电流过大时会造成传感器发热，发热会增加氧化锌-二氧化钛薄膜的载流子浓度，引起传感器的电阻变化，从而影响测试结果。而且柴油属于易燃液体，大电流易产生电火花，可能会有危险。当测试时间过短，会造成柴油中硫化物吸附较少，使得传感器的电阻变化较小，影响测试结果。
进一步地，所述传感器和电化学工作站相连后，设置正向电流为0.1-1μA，持续时间为10-60s，反向电流为﹣0.1-1μA，持续时间为10-60s，波形周期为5-10个，记录基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器的电压变化情况。
本发明相对于现有技术的有益效果为：
(1)采用磁控溅射技术在氧化铝陶瓷上制备的氧化锌-二氧化钛复合薄膜均匀致密，附着力强，在柴油中长时间浸泡不会出现脱落的问题。
(2)氧化锌和二氧化钛的复合提供了更多硫化物的吸附位点。
(3)方波电流的通入可以避免基于磁控溅射制备的氧化锌-二氧化钛的硫传感器的载流子单方向的移动，提高了基于磁控溅射制备的氧化锌-二氧化钛的硫传感器的稳定性。
(4)制备方法简单，并且制备的基于磁控溅射制备的氧化锌-二氧化钛的硫传感器具有较好的重复性。
附图说明
图1为基于磁控溅射制备的氧化锌-二氧化钛的硫传感器的示意图；
图2为基于磁控溅射制备的氧化锌-二氧化钛的硫传感器的扫描电镜图；
图3为使用方波电流对基于磁控溅射制备的氧化锌-二氧化钛的硫传感器在不同硫浓度的柴油中的电压-时间曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行非实质性改进或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明利用磁控溅射技术在覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷基底上沉积一层氧化锌-二氧化钛薄膜而制成硫传感器，磁控溅射技术制备的氧化锌-二氧化钛薄膜可以在柴油中长时间浸泡而不会脱落，柴油中的硫化物是可以吸附在氧化锌-二氧化钛薄膜上的，从而会引起传感器电阻的变化。在传感器两端通入方波电流，可以减少电流对传感器载流子的影响，提高测试的精度。
实施例1：
将覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷片放置在乙醇溶液中超声清洗，去除衬底表面的杂质。
将氧化锌靶材和二氧化钛靶材放置在腔室内，将覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷片放在靶材上方，关闭腔室，抽取真空使腔室内的真空度为0.001Pa。
调节氩气为40sccm，腔室内真空度为1Pa，使用射频电源溅射氧化锌，射频电源的功率调节为70w，使用直流电源溅射二氧化钛，直流电源的功率调节为30w，溅射时间为1h，溅射完成后取出。采用磁控溅射制备的沉积有氧化锌-二氧化钛复合材料薄膜的氧化铝陶瓷片如图1所示。
将制备的沉积有氧化锌-二氧化钛复合材料薄膜的氧化铝陶瓷片放置在温度为200℃管式炉中煅烧1h，从而获得基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器。从图2中可以看出，磁控溅射制备的氧化锌-二氧化钛薄膜均匀致密，附着力强，没有明显的缺陷和裂痕。
把基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器和电化学工作站相连，设置正向电流为1μA，反向电流为﹣1μA。单向电流的持续时间均为60s，在一种硫浓度的柴油中测试5个波形周期。把基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器完全的放置到柴油中，测试其在不同硫含量的柴油中电压变化。从图3中可以看出，基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器的不同硫浓度的柴油中电压均不一样，可以根据电压值确定不同硫浓度的柴油。
为了比较结果，柴油中硫化物的含量也通过ASTM D 5453-2016(火焰点火发动机燃料柴油发动机燃料和发动机油通过紫外线荧光测定的总硫含量的标准试验方法)方法测定，结果准确度在85％左右。
实施例2：
将覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷片放置在乙醇溶液中超声清洗，去除衬底表面的杂质。
将氧化锌靶材和二氧化钛靶材放置在腔室内，将覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷片放在靶材上方，关闭腔室，抽取真空使腔室内的真空度为0.001Pa。
调节氩气为40sccm，腔室内真空度为1Pa，使用射频电源溅射氧化锌，射频电源的功率调节为70w，使用直流电源溅射二氧化钛，直流电源的功率调节为30w，溅射时间为6h，溅射完成后取出。
将制备的沉积有氧化锌-二氧化钛复合材料薄膜的氧化铝陶瓷片放置在温度为200℃管式炉中煅烧1h，从而获得基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器。
把基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器和电化学工作站相连，设置正向电流为1μA，反向电流为﹣1μA。单向电流的持续时间均为60s，在一种硫浓度的柴油中测试5个波形周期。把基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器完全的放置到柴油中，测试其在不同硫含量的柴油中电压变化。
为了比较结果，柴油中硫化物的含量也通过ASTM D 5453-2016(火焰点火发动机燃料柴油发动机燃料和发动机油通过紫外线荧光测定的总硫含量的标准试验方法)方法测定，结果准确度在70％左右。
实施例3：
将覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷片放置在乙醇溶液中超声清洗，去除衬底表面的杂质。
将氧化锌靶材和二氧化钛靶材放置在腔室内，将覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷片放在靶材上方，关闭腔室，抽取真空使腔室内的真空度为0.001Pa。
调节氩气为40sccm，腔室内真空度为1Pa，使用射频电源溅射氧化锌，射频电源的功率调节为100w，使用直流电源溅射二氧化钛，直流电源的功率调节为30w，溅射时间为6h，溅射完成后取出。
将制备的沉积有氧化锌-二氧化钛复合材料薄膜的氧化铝陶瓷片放置在温度为200℃管式炉中煅烧1h，从而获得基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器。
把基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器和电化学工作站相连，设置正向电流为1μA，反向电流为﹣1μA。单向电流的持续时间均为60s，在一种硫浓度的柴油中测试5个波形周期。把基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器完全的放置到柴油中，测试其在不同硫含量的柴油中电压变化。
为了比较结果，柴油中硫化物的含量也通过ASTM D 5453-2016(火焰点火发动机燃料柴油发动机燃料和发动机油通过紫外线荧光测定的总硫含量的标准试验方法)方法测定，结果准确度在75％左右。
实施例4：
将覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷片放置在乙醇溶液中超声清洗，去除衬底表面的杂质。
将氧化锌靶材和二氧化钛靶材放置在腔室内，将覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷片放在靶材上方，关闭腔室，抽取真空使腔室内的真空度为0.001Pa。
调节氩气为40sccm，腔室内真空度为1Pa，使用射频电源溅射氧化锌，射频电源的功率调节为70w，使用直流电源溅射二氧化钛，直流电源的功率调节为30w，溅射时间为1h，溅射完成后取出。
将制备的沉积有氧化锌-二氧化钛复合材料薄膜的氧化铝陶瓷片放置在温度为200℃管式炉中煅烧1h，从而获得基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器。
把基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器和电化学工作站相连，设置正向电流为0.1μA，反向电流为﹣0.1μA。单向电流的持续时间均为60s，在一种硫浓度的柴油中测试5个波形周期。把基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器完全的放置到柴油中，测试其在不同硫含量的柴油中电压变化。
为了比较结果，柴油中硫化物的含量也通过ASTM D 5453-2016(火焰点火发动机燃料柴油发动机燃料和发动机油通过紫外线荧光测定的总硫含量的标准试验方法)方法测定，结果准确度在80％左右。
实施例5：
将覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷片放置在乙醇溶液中超声清洗，去除衬底表面的杂质。
将氧化锌靶材和二氧化钛靶材放置在腔室内，将覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷片放在靶材上方，关闭腔室，抽取真空使腔室内的真空度为0.001Pa。
调节氩气为40sccm，腔室内真空度为1Pa，使用射频电源溅射氧化锌，射频电源的功率调节为70w，使用直流电源溅射二氧化钛，直流电源的功率调节为30w，溅射时间为1h，溅射完成后取出。
将制备的沉积有氧化锌-二氧化钛复合材料薄膜的氧化铝陶瓷片放置在温度为200℃管式炉中煅烧1h，从而获得基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器。
把基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器和电化学工作站相连，设置正向电流为1μA，反向电流为﹣1μA。单向电流的持续时间均为600s，在一种硫浓度的柴油中测试5个波形周期。把基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器完全的放置到柴油中，测试其在不同硫含量的柴油中电压变化。
为了比较结果，柴油中硫化物的含量也通过ASTM D 5453-2016(火焰点火发动机燃料柴油发动机燃料和发动机油通过紫外线荧光测定的总硫含量的标准试验方法)方法测定，结果准确度在65％左右。
实施例6：
将覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷片放置在乙醇溶液中超声清洗，去除衬底表面的杂质。
将氧化锌靶材和二氧化钛靶材放置在腔室内，将覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷片放在靶材上方，关闭腔室，抽取真空使腔室内的真空度为0.001Pa。
调节氩气为40sccm，腔室内真空度为1Pa，使用射频电源溅射氧化锌，射频电源的功率调节为70w，使用直流电源溅射二氧化钛，直流电源的功率调节为30w，溅射时间为1h，溅射完成后取出。
将制备的沉积有氧化锌-二氧化钛复合材料薄膜的氧化铝陶瓷片放置在温度为200℃管式炉中煅烧1h，从而获得基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器。
把基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器和电化学工作站相连，设置正向电流为1μA，反向电流为﹣1μA。单向电流的持续时间均为60s，在一种硫浓度的柴油中测试10个波形周期。把基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器完全的放置到柴油中，测试其在不同硫含量的柴油中电压变化。
为了比较结果，柴油中硫化物的含量也通过ASTM D 5453-2016(火焰点火发动机燃料柴油发动机燃料和发动机油通过紫外线荧光测定的总硫含量的标准试验方法)方法测定，结果准确度在75％左右。

Claims (9)

1.一种用于检测柴油中硫含量的氧化锌-二氧化钛传感器的制备方法，其特征在于：所述传感器包括绝缘的氧化铝陶瓷基底，陶瓷基底上覆盖一层叉指电极和采用磁控溅射法沉积在陶瓷基底上的氧化锌-二氧化钛薄膜；
所述方法为：
步骤一：将覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷片放置在乙醇溶液中超声清洗，去除衬底表面的杂质；
步骤二：将氧化锌靶材和二氧化钛靶材放置在腔室中，将覆盖有叉指电极的氧化铝陶瓷片放在靶材上方，关闭腔室，抽取真空使腔室内的真空度为0.001-0.003Pa；
步骤三：调节氩气为40-50sccm，腔室内真空度为1-3Pa，使用射频电源溅射氧化锌，射频电源的功率调节为70-100w，使用直流电源溅射二氧化钛，直流电源的功率调节为30-50w，溅射时间为1-6h，溅射完成后取出；
步骤四：将制备的沉积有氧化锌-二氧化钛复合材料薄膜的氧化铝陶瓷片在200-300℃管式炉中煅烧1-2h，得到检测硫含量的氧化锌-二氧化钛传感器。
2.根据权利要求1所述的一种用于检测柴油中硫含量的氧化锌-二氧化钛传感器的制备方法，其特征在于：所述叉指电极的材料为导电金属。
3.根据权利要求1所述的一种用于检测柴油中硫含量的氧化锌-二氧化钛传感器的制备方法，其特征在于：所述氧化锌-二氧化钛薄膜的厚度为100-600nm。
4.根据权利要求1或3所述的一种用于检测柴油中硫含量的氧化锌-二氧化钛传感器的制备方法，其特征在于：所述氧化锌和二氧化钛的比例为4:1-2:1。
5.根据权利要求1所述的一种用于检测柴油中硫含量的氧化锌-二氧化钛传感器的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述氧化锌靶材和二氧化钛靶材的纯度均为99.99％，靶材和衬底的溅射间距为10-15cm。
6.根据权利要求1所述的一种用于检测柴油中硫含量的氧化锌-二氧化钛传感器的制备方法，其特征在于：步骤三中，电源启动后，先预溅射3-5min以去除氧化锌和二氧化钛表面的杂质，然后打开靶材和衬底之间的挡板。
7.一种权利要求1、5或6任一项所述的制备方法制备的传感器的应用，其特征在于：所述传感器用于测试柴油中的硫含量，具体为：把传感器完全的放入柴油中，把方波电流施加在叉指电极的两端，测试传感器两端的电压的变化。
8.根据权利要求7所述的制备方法制备的传感器的应用，其特征在于：所述传感器和电化学工作站相连后，设置正向电流为0.01-10μA，持续时间为10-600s，反向电流为﹣0.01-10μA，持续时间为10-600s，波形周期为5-20个，记录基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器的电压变化情况。
9.根据权利要求8所述的制备方法制备的传感器的应用，其特征在于：所述传感器和电化学工作站相连后，设置正向电流为0.1-1μA，持续时间为10-60s，反向电流为﹣0.1-1μA，持续时间为10-60s，波形周期为5-10个，记录基于氧化锌-二氧化钛复合材料的硫传感器的电压变化情况。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008209390A (ja) * 2006-06-16 2008-09-11 Ngk Spark Plug Co Ltd ガスセンサ
WO2016134164A1 (en) * 2015-02-18 2016-08-25 Memorial Sloan Kettering Cancer Center Methods of enhancing cerenkov luminescence using nanoparticles, and compositions related thereto
KR20200139982A (ko) * 2019-06-05 2020-12-15 광주과학기술원 광다이오드형 무전원 가스센서 및 이의 제조방법

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA93401B (en) * 1992-01-27 1993-08-24 Phillips Petroleum Co Composition useful as sulfur absorption for fluid streams.
WO2007117290A2 (en) * 2005-12-12 2007-10-18 Nextech Materials, Ltd. Ceramic h2s sensor
JP5005772B2 (ja) * 2007-02-26 2012-08-22 エルジー・ケム・リミテッド 導電性積層体およびその製造方法
JP5275114B2 (ja) * 2009-03-31 2013-08-28 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 炭化水素用脱硫剤及びその製造方法、炭化水素の脱硫方法並びに燃料電池システム
JP2012218996A (ja) * 2011-04-12 2012-11-12 Nissan Motor Co Ltd 密閉容器内での気相硫化処理方法
WO2013109588A1 (en) * 2012-01-20 2013-07-25 Caterpillar Inc. Zinc oxide sulfur sensors and methods of manufacture thereof
CN205333568U (zh) * 2016-01-27 2016-06-22 重庆城市管理职业学院 一种硫化氢气体检测传感器
CN106587985B (zh) * 2016-12-28 2020-01-21 清华大学 高通流容量的高梯度氧化锌压敏电阻高阻层的制备方法
CN107705946A (zh) * 2017-07-19 2018-02-16 国网湖南省电力公司 一种高通流氧化锌电阻片及其生产工艺
US11409008B2 (en) * 2020-04-13 2022-08-09 CapeSym, Inc. Halide-semiconductor radiation detector
CN111606703B (zh) * 2020-06-02 2022-02-18 全球能源互联网研究院有限公司 一种氧化锌电阻片及其制备方法和用途

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008209390A (ja) * 2006-06-16 2008-09-11 Ngk Spark Plug Co Ltd ガスセンサ
WO2016134164A1 (en) * 2015-02-18 2016-08-25 Memorial Sloan Kettering Cancer Center Methods of enhancing cerenkov luminescence using nanoparticles, and compositions related thereto
KR20200139982A (ko) * 2019-06-05 2020-12-15 광주과학기술원 광다이오드형 무전원 가스센서 및 이의 제조방법

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chitosan modified N, S-doped TiO2 and N, S-doped ZnO for visible light photocatalytic degradation of tetracycline;Negin Farhadian et al.,;International Journal of Biological Macromolecules(第第132期期);第360-373页 *
Hollow Zinc Oxide Microsphere−Multiwalled Carbon Nanotube Composites for Selective Detection of Sulfur Dioxide;Ni Luh Wulan Septiani et al.,;ACS Appl. Nano Mater.(第第3期期);第8982-8996页 *
氧化锌一二氧化钦纳米复合体系的制备、表征及性能;崔永锋;中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑(第第3期期);第I135-186 *

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