JP2003313506A - 金属ナノロッド含有組成物 - Google Patents

金属ナノロッド含有組成物

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可視光および近赤外光に対する光吸収機能
と電磁波遮蔽機能とを有するコーティング膜を形成する
コーティング組成物を提供する。 【解決手段】 長軸が400nm未満であって、アスペク
ト比が1より大きいロッド状の金属ナノロッドを含有す
ることを特徴とし、波長400nm〜2000nmの可視光
・近赤外光の特定波長に対して選択的な吸収機能を有す
る吸収層を形成する組成物であり、この組成物を含むコ
ーティング組成物によって形成した光学フィルターは可
視光・近赤外光に対して優れた選択的吸収機能と電磁波
遮蔽機能を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は可視光・近赤外光に
対する選択的な吸収機能と電磁波遮蔽機能を有する金属
ナノロッドを含有した組成物とその用途に関する。
【0002】
【従来の技術】金属の微粒子に光を照射するとプラズモ
ン吸収と呼ばれる共鳴吸収現象が生じる。この吸収現象
は金属の種類と形状によって吸収波長域が異なる。例え
ば、球状の金微粒子が水に分散した金コロイドは530
nm付近に吸収域を持つが、微粒子の形状を短軸10nmの
ロッド状にすると、ロッドの短軸に起因する530nm付
近の吸収の他に、ロッドの長軸に起因する長波長側の吸
収を有することが知られている(例えば、S-S.Chang et
al,Langmuir,1999,15.p701-709)。
【0003】
【発明の解決課題】従来、金属微粒子がこのようなプラ
ズモン吸収を示すことは知られているが、この現象を利
用したコーティグ組成物、すなわち塗料組成物はこれま
で知られていない。例えば、特開平11−80647号
および特開平11−319538号には、貴金属や銅の
コロイド粒子と高分子顔料分散剤を含むコロイド溶液が
記載されているが、これは塗料としての着色性や溶液の
安定性を高めることを目的としたものであり、金属微粒
子の形状を特定して近赤外光に対する吸収効果や電磁波
遮蔽効果を得るようにしたものではない。また、特表平
9−506210号には金属炭化物ナノ微粒子とその製
造方法が記載されているが、金属微粒子の短軸と長軸の
比を特定して近赤外光に対する吸収機能を高めることは
認識されておらず、これを塗料に具体化することは示さ
れていない。
【0004】また、金属配線パターンを形成することを
目的として、固体表面に担持させたプラズモン吸収する
無機質微粒子を直径100nm未満およびアスペクト比1
以上に成長させた微細ロッドにして使用することが知ら
れている(特開2001−64794)。しかし、この
方法は、微細ロッドは固体表面に担持された状態で成長
するため、各種溶媒、バインダーに分散させることがで
きないので塗料化することができない。また、金属微粒
子のプラズモン吸収は合成過程における成長目的にのみ
利用されており、金属ナノロッドの長軸に起因する可視
光・近赤外光の特定波長の選択的な吸収に利用したもの
ではない。
【0005】
【課題を解決する手段】以上の従来技術に対して、本発
明は長軸の長さとアスペクト比を特定した金属ナノロッ
ドを用いることによって、波長400nm〜2000nmの
可視光・近赤外光に対して選択的な吸収機能を有すると
共に電磁波遮蔽機能を有する組成物と、この組成物によ
って形成されたコーティング組成物ないしコーティング
膜等の用途を提供するものである。
【0006】すなわち、本発明によれば以下の構成から
なる金属ナノロッド含有組成物が提供される。 (1)長軸が400nm未満であって、アスペクト比が1
より大きいロッド状の金属微粒子(金属ナノロッド)を
含有することを特徴とする組成物。 (2)波長400nm〜2000nmの可視光・近赤外光の
特定波長に対して選択的な吸収機能を有する吸収層を形
成する上記(1)の組成物。 (3)電磁波遮蔽機能を有する遮蔽層を形成する上記
(1)の組成物。 (4)上記(1)の金属ナノロッド含有組成物を含むコー
ティング組成物。 (5)上記(4)のコーティング組成物によって基材表面
に形成された光吸収機能および電磁波遮蔽機能を有する
コーティング膜。 (6)上記(4)のコーティング組成物によって基材表面
に形成された表面抵抗値2.5Ω/□以下の導電性コーテ
ィング膜。 (7)上記(4)のコーティング組成物によって形成され
たコーティング膜を基材表面に形成し、または基材の間
に形成してなる光学フィルター。 (8)上記(4)のコーティング組成物によって形成され
たコーティング膜を有するプラズマディスプレー用光学
フィルター。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態に基づい
て具体的に説明する。本発明の組成物は、長軸が400
nm未満であって、アスペクト比が1より大きいロッド状
の金属微粒子(金属ナノロッド)を含有することを特徴
とする組成物である。この金属ナノロッド含有組成物
は、波長400nm〜2000nmの可視光・近赤外光の特
定波長に対して選択的な吸収機能を有すると共に電磁波
遮蔽機能を有する。
【0008】金属ナノロッドの金属種としては金、銀、
銅、およびそれらの合金などを用いることができる。本
発明に用いる金属ナノロッドは長軸が400nm未満であ
り、アスペクト比(長軸/短軸比)が1より大きいもので
ある。特にアスペクト比は2〜10が好適である。な
お、長軸が400nm以上であると、これを溶媒に分散さ
せたときに安定なコロイド状の分散液が得られない。ま
た、アスペクト比(長軸/短軸比)が1の場合には、球
状の金属微粒子が溶媒に分散したコロイド状の分散液と
同じ吸収しか得られず、可視光および近赤外光の任意の
波長に対する選択的な吸収効果が得られない。
【0009】長軸が400nm未満であって、アスペクト
比が1より大きい金属ナノロッドを用いることにより、
金属ナノロッドの長軸による波長吸収能のため、波長4
00nm〜2000nmの可視光・近赤外光の特定波長に対
して選択的な吸収効果を有することができる。なお、例
えば金ナノロッドは短軸の波長吸収能として530nm付
近に吸収域が存在するが、短軸の長さが2nm以下であれ
ばこの影響は無視できる。また、本発明に用いる金属ナ
ノロッドは長軸が400nm未満であり、好ましくは20
0nm以下である。これを溶媒に分散させたものは肉眼で
粒子として認識し難い。従って、可視光域に吸収帯がな
い金属ナノロッドを分散させた組成物は透明性を有す
る。
【0010】また、上記金属ナノロッドは導電性を有す
るので、この金属ナノロッドを含有する組成物は電磁波
に対して遮蔽機能を有する。さらに、この金属ナノロッ
ド含有組成物を基材表面にコーティングすることによっ
て導電性コーティング膜を形成することができる。
【0011】本発明の金属ナノロッド含有組成物をコー
ティング液に分散させたコーティング組成物を得ること
ができる。具体的には、例えば上記金属ナノロッド含有
組成物を塗料成分に混合することによってコーティング
組成物、すなわち塗料組成物を得ることができる。金属
ナノロッドを分散させる溶媒の種類は塗料に使用されて
いる水や各種有機溶剤であれば良い。また、金属ナノロ
ッドの分散量やその他のバインダーや添加剤などは使用
条件に応じて適宜定めることができる。なお、本発明は
上記金属ナノロッドを分散したコーティング組成物用の
水分散液もその範囲に含む。また、本発明に係るコーテ
ィング組成物の使用方法も特には制限されない。刷毛塗
り、吹き付け、ロールコーティングやスピンコーティン
グなどの各種の方法によって使用することができる。
【0012】本発明のコーティング組成物から形成され
るコーティング膜は波長400nm〜2000nmの可視光
・近赤外光に対して選択的な吸収機能を有すると共に電
磁波遮蔽機能を有する。また、コーティング組成物を基
材表面にコーティングした被膜は上記光吸収機能および
電磁波遮蔽機能と共に導電性を有し、例えば、表面抵抗
値2.5Ω/□以下の導電性コーティング層を形成するこ
とができる。
【0013】上記コーティング組成物によって形成され
たコーティング膜を基材表面に形成し、またはコーティ
ング膜を形成した基材表面に他の基材を積層するなどの
方法によって基材の間にコーティング膜を形成すること
により、上記光吸収機能および電磁波遮蔽機能を有する
光学フィルターを得ることができる。さらに、基材表面
に上記コーティング膜を形成したものは上記表面抵抗値
以下の導電性を有する光学フィルターを得ることができ
る。
【0014】この表面抵抗値以下の導電性コーティング
層はプラズマディスプレーパネル(PDP)の光学フィル
ターとして必要な近赤外光に対する十分な光吸収性と電
磁波遮蔽性を有するので、このコーティング層を有する
フィルターはPDP用の光学フィルターとして使用する
ことができる。
【0015】また、本発明の組成物によって形成される
コーティング膜は400nm〜2000nmの可視光・近赤
外光に対して選択的な吸収機能を有するので、可視光を
選択吸収するカラーフィルターや、近赤外光を選択吸収
する熱線遮蔽フィルターなどに使用することができる。
【0016】
【実施例】本発明を実施例によって具体的に示す。な
お、以下の実施例は金ナノロッドを用いた主に400nm
〜1800nmの波長域における光吸収機能ないし電磁波
遮蔽機能を示しているが、金属ナノロッドの種類や長
さ、組成化の条件などを変更することによって2000
nmまでの波長域における光吸収機能および電磁波遮蔽機
能を有することができる。
【0017】〔実施例1〕ヘキサデシルトリメチルアン
モニウムブロミド(CTAB)で表面を保護した金ナノロッド
(短軸の平均長さ10nm、長軸の平均長さ50nm)の水
分散液10g(金ナノロッド1g含有)をアクリル樹脂
エマルジョン(固形分40質量%)0.625gと混合し
て塗料化した。この塗料を室温下に3ヶ月以上放置した
ところ、変色や沈殿を生成せず安定であった。また、こ
の塗料を透明な基材(PETシート)に厚さ2μmに塗布
し乾燥してコーティング膜を形成した。この膜に400
nm〜1000nmの光を照射し、分光光度計(日本分光株
式会社製品:V-570)によって透過率を測定したとこ
ろ、この800nm〜1000nmの全域にわたり透過率は
15%以下であり、近赤外光に対して十分な遮蔽効果を
有することを確認した。さらに、このコーティング膜
(膜厚2μm)の表面抵抗を4端針法により抵抗率計(三
菱化学株式会社製品:ロレスターGP)を用いて測定したとこ
ろ2.5Ω/□以下であり、PDP用電磁波遮蔽フィルタ
ーとして使用可能な値を示した。
【0018】〔実施例2〕ヘキサデシルトリメチルアン
モニウムブロミド(CTAB)で表面を保護した金ナノロッド
(短軸の平均長さ10nm、長軸の平均長さ30nm)の水
分散液10g(金ナノロッド1g含有)をアクリル樹脂
エマルジョン(固形分40質量%)0.625gと混合し
て塗料化した。この塗料を室温下に3ヶ月以上放置した
ところ、変色や沈殿を生成せず安定であった。また、こ
の塗料を透明な基材(PETシート)に厚さ2μmに塗布
し乾燥してコーティング膜を形成した。この膜に400
nm〜1000nmの光を照射し、分光光度計(日本分光株
式会社製品:V-570)によって透過率を測定したとこ
ろ、700nmにピークを持つ吸光度が得られ、本コーテ
ィング膜は光学フィルターとして機能することを示し
た。
【0019】〔実施例3〕実施例1と同様の金ナノロッ
ド(短軸の平均長さ10nm、長軸の平均長さ50nm)の
水分散液をフッ素樹脂エマルジョン(固形分40質量%)
と混合して塗料化した。この塗料について実施例1と同
様の試験を行ったところ、室温下に3ヶ月以上放置して
も変色や沈殿を生成せず安定であった。また、この塗料
を用いたコーティング膜の800nm〜1000nmの波長
に対する透過率は全域にわたり15%以下であり、表面
抵抗値は2.5Ω/□以下であった。
【0020】〔実施例4〕実施例2と同様の金ナノロッ
ド(短軸の平均長さ10nm、長軸の平均長さ30nm)の
水分散液をフッ素樹脂エマルジョン(固形分40質量%)
と混合して塗料化した。この塗料について実施例1と同
様の試験を行ったところ、室温下に3ヶ月以上放置して
も変色や沈殿を生成せず安定であった。また、この塗料
によって形成したコーティング膜は700nmにピークを
持つ光吸収特性を有し、光学フィルターとして機能する
ことを示した。
【0021】〔実施例5〕実施例1と同様の金ナノロッ
ド(短軸の平均長さ10nm、長軸の平均長さ50nm)の
水分散液を界面活性剤(アヒ゛シア社製品:ソルスハ゜ース24000SC)
を溶解したトルエン中に混合しながらアセトンを添加
し、1時間攪拌後、静置した。保護剤のCTABはアセ
トンによって溶解し、金ナノロッドは界面活性剤(アヒ゛シ
ア社製品:ソルスハ゜ース24000SC)によって表面処理された。
静置した混合液は無色透明の水相と鮮やかな赤色のトル
エン相に分離した。その後、有機溶媒相のみを抽出し、
さらにエバポレーターを用いて余剰のトルエンを除去し
て、トルエンの金ナノロッド濃縮液(固形分50質量%)
を得た。この濃縮液は沈殿を生成せず、界面活性剤(アヒ
゛シア社製品:ソルスハ゜ース24000SC)で表面処理された金ナノロ
ッドが安定に分散していた。この濃縮液2gをアクリル
樹脂のトルエン溶液(固形分40質量%)0.625gと
混合して塗料化した。この塗料は室温下に3ヶ月以上放
置しても変色や沈殿を生成せず安定であった。また、こ
の塗料を用いたコーティング膜(膜厚2μm)の800n
m〜1000nmの波長に対する透過率は全域にわたり1
5%以下であり、表面抵抗値は2.5Ω/□以下であっ
た。
【0022】〔実施例6〕実施例2と同様の金ナノロッ
ド(短軸の平均長さ10nm、長軸の平均長さ30nm)の
水分散液を界面活性剤(アヒ゛シア社製品:ソルスハ゜ース24000SC)
を溶解したトルエン中に混合しながらアセトンを添加
し、1時間攪拌後、静置した。保護剤のCTABはアセ
トンによって溶解し、金ナノロッドは界面活性剤(アヒ゛シ
ア社製品:ソルスハ゜ース24000SC)によって表面処理された。
静置した混合液は無色透明の水相と着色したトルエン相
に分離した。その後、有機溶媒相のみを抽出し、さらに
エバポレーターを用いて余剰のトルエンを除去し、トル
エンの金ナノロッド濃縮液(固形分50質量%)を得た。
この濃縮液は沈殿を生成せず、界面活性剤(アヒ゛シア社製
品:ソルスハ゜ース24000SC)で表面処理された金ナノロッドが
安定に分散していた。この濃縮液2gをアクリル樹脂の
トルエン溶液(固形分40質量%)0.625gと混合
して塗料化した。この塗料は室温下に3ヶ月以上放置し
ても変色や沈殿を生成せず安定であった。また、この塗
料によって形成したコーティング膜は700nmにピーク
を持つ光吸収特性を有し、光学フィルターとして機能す
ることを示した。
【0023】〔実施例7〕実施例1と同様の金ナノロッ
ド(短軸の平均長さ10nm、長軸の平均長さ50nm)を
実施例5と同様の方法で処理して得た金ナノロッド濃縮
液2gをウレタン樹脂のトルエン溶液(固形分40質量
%)0.625gと混合して塗料化した。この塗料は室温
下に3ヶ月以上放置しても変色や沈殿を生成せず安定で
あった。さらに、この塗料を用いたコーティング膜(膜
厚2μm)の800nm〜1000nmの波長に対する透過率
は全域にわたり15%以下であり、表面抵抗値は2.5
Ω/□以下であった。
【0024】〔実施例8〕実施例2と同様の金ナノロッ
ド(短軸の平均長さ10nm、長軸の平均長さ30nm)を
実施例6と同様の方法で処理して得た金ナノロッド濃縮
液2gをウレタン樹脂のトルエン溶液(固形分40質量
%)0.625gと混合して塗料化した。この塗料は暗所
の室温下に3ヶ月以上放置しても変色や沈殿を生成せず
安定であった。また、この塗料によって形成したコーテ
ィング膜は700nmにピークを持つ光吸収特性を有し、
光学フィルターとして機能することを示した。
【0025】〔実施例9〕実施例1と同様の金ナノロッ
ド(短軸の平均長さ10nm、長軸の平均長さ50nm)を
実施例5と同様の方法で処理して得た金ナノロッド濃縮
液2gをラジカル重合性オリゴマーのトルエン溶液(固
形分40質量%)0.625gと混合して塗料化した。こ
の塗料は暗所の室温下に3ヶ月以上放置しても変色や沈
殿を生成せず安定であった。さらに、この塗料を用いた
コーティング膜(膜厚2μm)の800nm〜1000nmの
波長に対する透過率は全域にわたり15%以下であり、
表面抵抗値は2.5Ω/□以下であった。
【0026】〔実施例10〕実施例2と同様の金ナノロ
ッド(短軸の平均長さ10nm、長軸の平均長さ30nm)
を実施例6と同様の方法で処理して得た金ナノロッド濃
縮液2gをラジカル重合性オリゴマーのトルエン溶液
(固形分40質量%)0.625gと混合して塗料化し
た。この塗料は暗所の室温下に3ヶ月以上放置しても変
色や沈殿を生成せず安定であった。また、この塗料によ
って形成したコーティング膜は700nmにピークを持つ
光吸収特性を有し、光学フィルターとして機能すること
を示した。
【0027】〔実施例11〕ヘキサデシルトリメチルア
ンモニウムブロミド(CTAB)で表面を保護した金ナノロッ
ド(短軸の平均長さ10nm、長軸の平均長さ100nm)
の水分散液10g(金ナノロツド1g含有)をアクリル
樹脂エマルジョン(固形分40質量%)0.625gと
混合して塗料化した。この塗料を室温下に3ケ月以上放
置したところ、変色や沈毅を生成せず安定であった。ま
た、この塗料を透明な基材(PETシート)に厚さ2μmに
塗布し乾燥してコーティング膜を形成した。この膜に4
00nm〜2000nmの光を照射し、分光光度計(日本分
光株式会社製品:V-570)によって透過率を測定したと
ころ、この1200nm〜1600nmの全域にわたり透過
率は15%以下であり、近赤外光に対して十分な遮蔽効
果を有することを確認した。さらに、このコーティング
膜(膜厚2μm)の表面抵抗を4端針法により抵抗率計
(三菱化学株式会社製品:ロレスターGP)を用いて測定した
ところ2.5Ω/□以下であった。
【0028】〔実施例12〕実施例11と同様の金ナノ
ロッド(短軸の平均長さ10nm、長軸の平均長さ100
nm)の水分散液をフッ素樹脂エマルジョン(固形分40
質量%)と混合して塗料化した。この塗料について実施
例11と同様の試験を行ったところ、室温下に3ヶ月以
上放置しても変色や沈殿を生成せず安定であった。ま
た、この塗料を用いたコーティング膜の1200nm〜1
600nmの波長に対する透過率は全域にわたり15%以
下であり、表面抵抗値は2.5Ω/□以下であった。
【0029】〔実施例13〕実施例11と同様の金ナノ
ロッド(短軸の平均長さ10nm、長軸の平均長さ100
nm)の水分散液を界面活性剤(アヒ゛シア社製品:ソルスハ゜ース24
000SC)を溶解したトルエン中に分散しながらアセトン
を添加し、1時間攪拌後、静置した。保護剤のCTAB
はアセトンによって溶解し、金ナノロッドは界面活性剤
(アヒ゛シア社製品:ソルスハ゜ース24000SC)によって表面処理さ
れた。静置した混合溶液は無色透明の水相と鮮やかな赤
色のトルエン層に分離した。その後、有機溶媒相のみを
抽出し、さらにエパボレーターを用いて余剰のトルエン
を除去し、トルエンの金ナノロッド濃縮液(固形分50
質量%)を得た。この濃縮液は沈殿を生成せず、界面活
性剤(アヒ゛シア社製品:ソルスハ゜ース24000SC)で表面処理され
た金ナノロッドが安定に分散していた。この濃縮液2g
をアクリル樹脂のトルエン溶液(同形分40質量%〉
0.625gと混合して塗料化した。この塗料は室温下
に3ヶ月以上放置しても変色や沈殿を生成せず安定であ
った。また、この塗料を用いたコーティング膜(膜厚2
μm)の1200nm〜1600nmの波長に対する透過率
は全域にわたり15%以下であり、表面抵抗値は2.5
Ω/□以下であった。
【0030】〔実施例14〕実施例11と同様の金ナノ
ロッド(短軸の平均長さ10nm、長軸の平均長さ100
nm)を実施例13と同様の方法で処理して得た金ナノロ
ッド濃縮液2gをウレタン樹脂のトルエン溶液(固形分
40質量%)0.625gと混合して塗料化した。この
塗料は室温下に3ヶ月以上放置しても変色や沈擬を生成
せず安定であった。また、この塗料を用いたコーティン
グ膜(膜厚2μm)の1200nm〜1600nmの波長に
対する透過率は全域にわたり15%以下であり、表面抵
抗値は2.5Ω/□以下であった。
【0031】〔実施例15〕実施例11と同様の金ナノ
ロッド(短軸の平均長さ10nm、長軸の平均長さ100
nm)を実施例13と同様の方法で処理して得た金ナノロ
ッド濃縮液2gをラジカル重合性オリゴマーのトルエン
溶液(固形分40質量%)0.625gと混合して塗料
化した。この塗料は暗所の室温下に3ヶ月以上放置して
も変色や沈殿を生成せず安定であった。さらに、この塗
料を用いたコーティング膜(膜原2μm)の1200nm
〜1600nmの波長に対する透過率は全域にわたり15
%以下であり、表面抵抗値は2.5Ω/□以下であった。
【0032】
【発明の効果】本発明の金属ナノロッド含有組成物によ
って得られるコーティング膜は、波長400nm〜200
0nmの可視光・近赤外光に対して優れた選択的吸収機能
と電磁波遮蔽機能を有する。従って、本発明のコーティ
ング組成物を透明な基材にコーティングすることによっ
て可視光・近赤外線に対する光吸収機能と電磁波遮蔽機
能とを有する光学フィルターを得ることができる。さら
に、この組成物によって表面抵抗値2.5Ω/□以下の導
電性コーティング層を形成することができ、この導電性
コーティング層を形成したフィルターはプラズマディス
プレーパネル(PDP)用の光学フィルターとして利用
することができる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05K 9/00 H05K 9/00 V G02B 1/10 Z (72)発明者 平田 寛樹 茨城県那珂郡那珂町向山1002番14号 三菱 マテリアル株式会社総合研究所那珂研究セ ンター内 (72)発明者 高田 佳明 茨城県那珂郡那珂町向山1002番14号 三菱 マテリアル株式会社総合研究所那珂研究セ ンター内 Fターム(参考) 2H048 CA05 CA12 CA14 CA19 CA24 2K009 BB11 CC14 DD02 EE03 4J038 CD091 CG141 CR061 DG001 HA066 KA07 KA15 KA20 MA07 MA08 MA10 NA19 NA20 NA22 PB08 5E321 AA04 BB23 BB32 GG11 GH01

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】長軸が400nm未満であって、アスペクト
    比が1より大きいロッド状の金属微粒子(以下、金属ナ
    ノロッドと云う)を含有することを特徴とする組成物。
  2. 【請求項2】波長400nm〜2000nmの可視光・近赤
    外光の特定波長に対して選択的な吸収機能を有する吸収
    層を形成する請求項1の組成物。
  3. 【請求項3】電磁波遮蔽機能を有する遮蔽層を形成する
    請求項1の組成物。
  4. 【請求項4】請求項1の金属ナノロッド含有組成物を含
    むコーティング組成物。
  5. 【請求項5】請求項4のコーティング組成物によって形
    成された光吸収機能および電磁波遮蔽機能を有するコー
    ティング膜。
  6. 【請求項6】請求項4のコーティング組成物によって形
    成された表面抵抗値2.5Ω/□以下の導電性コーティン
    グ膜。
  7. 【請求項7】請求項4のコーティング組成物によって形
    成されたコーティング膜を基材表面に形成し、または基
    材の間に形成してなる光学フィルター。
  8. 【請求項8】請求項4のコーティング組成物によって形
    成されたコーティング膜を有するプラズマディスプレー
    用光学フィルター。
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