最新刊期
      2018 年 第 卷 2 期

        前言

      • 黄飞,王献红
        2018(2): 1-2. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.18no2
          
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        发布时间：2021-11-03

        研究亮点评述

      • 张希
        2018(2): 129-131. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.18019
        摘要：聚合物太阳能电池（polymer solar cell，简称PSC）是重要的光电转换器件.近年来，基于非富勒烯型电子受体的聚合物太阳能电池（NF-PSC）发展迅速.迄今为止，单结NF-PSC的光伏效率已经达到13%以上，超过了传统的富勒烯型聚合物太阳能电池.相比于单结NF-PSC，叠层NF-PSC有助于克服外量子效率受限和热损耗偏高的问题.然而，叠层NF-PSC的构筑，对于材料的设计要求更高，器件制备的难度也更大，因而发展相对缓慢.最近，侯剑辉等对叠层NF-PSC中的前、后子电池之间的光谱匹配性进行了优化调制，选用窄带隙的PTB7-Th：IEICO-4F作为后电池，宽带隙的J52-2F：IT-M作为前电池，来构建叠层NF-PSC，将光伏效率进一步提升到了14.9%，目前为该领域的最高值.本文将简要介绍NF-PSC的发展概况，评述这一突出的研究成果，总结中国学术界在NF-PSC领域做出的卓越贡献，并展望该领域的广阔前景.  
        关键词：聚合物太阳能电池;非富勒烯型聚合物太阳能电池;叠层太阳能电池;光伏效率   
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        发布时间：2021-01-26

        专论

      • 胡蓉,辛德华,秦安军,唐本忠
        2018(2): 132-144. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17280
        摘要：聚集诱导发光（AIE）的研究已经成为化学和材料等领域的一个前沿.目前，AIE领域的研究重点主要集中于小分子方面，而具有良好成膜性和协同放大效应的AIE聚合物的研究仍有待进一步发展.其制备方法，构效关系以及相对于小分子的性能和应用独特性还有待进一步体现.该专论较系统性地总结了AIE聚合物的制备方法，介绍了AIE聚合物的构效关系及在传感和生物医药等领域的应用，并对AIE聚合物的未来发展进行了展望.  
        关键词：聚集诱导发光;聚合物;聚合方法学;构效关系;高技术应用   
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      • 宋春鹏,曲轶,刘剑刚,韩艳春
        2018(2): 145-163. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17236
        摘要：全共轭聚合物太阳能电池具有给受体能级可调、吸收范围宽及可溶液加工等优势，已经成为太阳能电池领域发展趋势.在开发高性能材料及器件结构优化的推动下，能量转换效率已经突破9%.然而，共轭聚合物分子刚性及分子结构各向异性等特点，导致全共轭聚合物共混体系相分离及结晶行为复杂，相区尺寸及界面处分子取向可控性差，难于深入理解并认识活性层结构对器件光物理过程的影响.本文从热力学及动力学角度入手，详述了全共轭聚合物共混体系相分离结构、相区尺寸及界面分子取向的可控调节.共混体系中分子迁移能力及溶液相分离类型是影响相分离结构的本质因素，并通过改变给受体比例及分子规整度等实现了孤岛、双连续及互穿网络结构的构筑.同时，通过添加第3组分调节溶剂-溶质分子间相互作用或聚合物分子间相互作用，在不降低活性层结晶性的基础上实现了相区尺寸的调控.最后，利用附生受限结晶原理及溶液状态，通过改变分子运动能力及在溶液中聚集程度，实现了由edge-on到face-on取向的转变.  
        关键词：全共轭聚合物太阳能电池;形貌调控;相分离结构;相区尺寸;分子取向   
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        发布时间：2021-01-26
      • 许景琦,傅伟飞,杨时达,刘唐,李昌治,陈红征
        2018(2): 164-173. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17251
        摘要：第3代可溶液加工的太阳电池（包括有机太阳电池、钙钛矿太阳电池等），因为制备成本低、可制备柔性器件等特点备受关注.它们的迅速发展与活性层材料、界面材料与修饰以及器件工程等方面的快速发展息息相关，其中器件中的各个界面对激子的分离、载流子传递和收集有着巨大的影响，影响着器件的性能.本文重点介绍了近年来我们课题组在有机太阳电池、聚合物/量子点杂化太阳电池以及钙钛矿太阳电池研究中，如何设计界面材料以及通过自组装层对电极进行界面修饰，实现活性层和电极之间的欧姆接触和载流子的有效收集；如何在界面层中引入具有等离激元效应的纳米粒子实现光场的有效利用和性能的提升；以及如何对聚合物和纳米粒子间的界面修饰实现载流子的高效分离，制备高性能的杂化太阳电池器件.  
        关键词：界面材料;自组装层;等离激元;太阳电池   
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        发布时间：2021-01-26
      • 郭亦堃,赵达慧
        2018(2): 174-185. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17268
        摘要：二元或多元聚合物组成的本体异质结具备高度稳定的微相分离形貌，带来潜在的器件寿命和稳定性方面的巨大优势，全聚合物活性层器件因而成为有机太阳能电池的重要发展方向和研究内容.本文系统介绍近年来苝二酰亚胺类聚合物受体的研究进展，以及将这类聚合物受体应用于全聚合物太阳能电池所取得的重要成果.通过多种不同共聚单元结构的设计和筛选、主链和侧链化学结构的调控和优化，获得了一系列性能优越的苝二酰亚胺聚合物受体，这些材料的运用大幅度地提升了全聚合物太阳能电池的能量转化效率.相关的研究数据和结果也为后续酰亚胺类聚合物受体的设计开发、全聚合物本体异质结活性层的形貌特征和光电转化机制的分析和研究，以及全聚合物太阳能电池器件性能的优化和提升提供了良好的实验基础.  
        关键词：苝二酰亚胺;全聚合物太阳能电池;能量转化效率   
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        发布时间：2021-01-26
      • 张恩东,刘礼兵,吕凤婷,王树
        2018(2): 186-197. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17269
        摘要：水溶性共轭聚合物在化学、医学、生命科学以及材料科学等领域中备受研究者们的关注，利用其独特的光化学和光物理性质，研究者们开展了一系列创新性研究并取得了重大的研究进展，进而拓展了聚合物的应用范围.共轭聚合物是一种由多个重复发光单元通过彼此间共轭而形成的高分子化合物，通过对其结构的精准调控，可以获得具有不同性能的功能性分子.其中，通过改变其主链结构，可以获得具有不同吸收和发射波长的荧光探针；通过对侧链结构修饰以水溶性基团和/或选择性识别分子，可以实现与特定靶标间的静电作用或者特异性结合，进而实现选择性识别的目的.本文综述了近年来水溶性共轭聚合物在生物传感中的应用，主要介绍了水溶性共轭聚合物在DNA检测、蛋白质检测、细胞和细菌的检测与区分以及细胞成像等方面的研究进展.  
        关键词：水溶性共轭聚合物;生物传感;信号放大;识别检测;生物成像   
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        发布时间：2021-01-26
      • 邵世洋,丁军桥,王利祥
        2018(2): 198-216. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17289
        摘要：高分子发光材料具有可溶液加工的特点，适于制备低成本、大面积发光器件，在平板显示和固体照明领域具有潜在的应用前景.近年来，高分子发光材料在发光机制、材料体系和器件性能等方面均取得了重要进展，各项性能得到了大幅度提升.本文从材料和器件角度，围绕高分子荧光材料、高分子磷光材料和高分子热活化延迟荧光材料的分子设计策略，总结和评述了高分子荧光材料的颜色调控和效率提升途径，高分子磷光材料的磷光掺杂剂、高分子主体、拓扑结构等因素对发光性能的影响规律，以及高分子热活化延迟荧光材料的设计原理和典型材料体系.同时，分析了高分子发光材料未来发展面临的机遇和挑战.  
        关键词：高分子发光材料;高分子荧光材料;高分子磷光材料;高分子热活化延迟荧光材料   
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        发布时间：2021-01-26

        研究论文

      • 钟文楷,谢锐浩,应磊,黄飞,曹镛
        2018(2): 217-222. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17242
        摘要：利用基于萘[1，2-c：5，6-c]二[1, 2, 5]噻二唑共轭聚合物（NTOD）为给体，富勒烯衍生物PC71BM为受体，制备本体异质结聚合物光探测器.NTOD与PC71BM的共混薄膜吸收范围为300~830 nm.通过对NTOD：PC71BM活性层厚度的调控实现器件暗电流密度的显著降低，增强了探测器的二极管性能，同时保持较高的外量子转化效率.当活性层厚度为385 nm时，聚合物光探测器在-0.1 V偏压下的暗电流为6.69×10-10 A cm-2.在-0.1 V偏压下器件在440~800 nm的工作波段的比探测率均超过1013 cm Hz1/2 W-1，处于750 nm的工作波长下达到最大比探测率为1.50×1013 cm Hz1/2 W-1，光响应率为0.22 A W-1，这些结果表明基于NTOD：PC71BM的有机光探测器具有广阔的应用前景.  
        关键词：萘二并噻二唑;共轭聚合物;窄带系;光探测器   
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        发布时间：2021-01-26
      • 崔勇,姚惠峰,杨晨熠,张少青,侯剑辉
        2018(2): 223-230. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17297
        摘要：对叠层有机太阳能电池中的前、后子电池之间的光谱匹配性进行了优化调制.最终，选用带隙为1.24 eV的PTB7-Th：IEICO-4F作为后电池，带隙为1.59 eV的J52-2F：IT-M作为前电池制备了叠层电池.在这个叠层有机太阳能电池中，这2个子电池不仅具有互补的吸收光谱，还具有高的外量子效率，实现了对300~1000 nm范围内太阳发射光谱的高效利用.此外，前、后电池的能量损失均得到有效的控制，分别为0.64和0.53 eV.因此，从光伏性能具体参数上来看，本文制备的叠层器件兼具了高短路电流密度（JSC）和高开路电压（VOC）的优势，分别达到13.3 mA/cm2和1.65 V.该电池在本实验室内部测试的光伏效率高达14.9%，封装之后效率略有降低，由中国计量科学研究院（NIM）验证的光伏效率达到14.0%.这是目前有机光伏领域的国际最高结果.  
        关键词：有机太阳能电池;聚合物太阳能电池;非富勒烯;叠层器件;能量转换效率   
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        发布时间：2021-01-26
      • 孙明晓,邝普兴,解增旗,刘琳琳,马於光
        2018(2): 231-238. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17128
        摘要：通过N-烷基咔唑基团修饰富勒烯C60，获得了3种不同取代基数目的富勒烯衍生物2Cz-C60、4Cz-C60和6Cz-C60；3种单体具有高的电化学聚合活性，通过阳极电化学聚合得到了3种结构明确的聚合物（Poly[2Cz-C60]、Poly[4Cz-C60]和Poly[6Cz-C60]），它们同时在工作电极上沉积得到了厚度精确可控的交联薄膜，其生长速度分别为1.88、1.70和2.61 nm/圈.电化学聚合过程中沉积薄膜快速而均匀的生长，为瞬间成核、岛状生长模式，并最终形成球状堆积的交联薄膜.经循环伏安法测试表明沉积薄膜有多对氧化还原峰，具有可逆的n-型与p-型双极性掺杂特性，并表现出可逆的和快速电荷传递的氧化还原反应特性.另外这种富勒烯交联薄膜作为超级电容电极材料也表现出了相当可观的电荷储存能力.  
        关键词：富勒烯;电化学聚合;交联薄膜;双极性掺杂特性   
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        发布时间：2021-01-26
      • 王旭超,白科研,丁军桥,王利祥
        2018(2): 239-247. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17193
        摘要：采用Suzuki聚合方法，设计合成了一系列含咔唑和芳基膦氧的双极性蓝光聚螺芴PSFCzPO10、PSFCzPO20和PSFCzPO30.和仅含有咔唑单元的参比聚合物Cz-PSF相比，芳基膦氧的引入，在保证最高占据分子轨道（HOMO）能级基本不变的情况下，能够有效地降低聚合物的最低未占分子轨道（LUMO）能级，从而在一定程度上实现载流子的双极性传输.因此，PSFCzPO10获得了最优的单层器件性能，电流效率为1.19 cd A-1，比Cz-PSF（0.39 cd A-1）提高了将近2倍.在此基础上，采用醇溶性的电子传输材料作为电子传输层，通过正交溶剂法，成功地组装了PSFCzPO10的全溶液加工型多层器件，电流效率进一步增加到1.93 cd A-1.同时，它的电致发光光谱几乎不受驱动电压的影响，色坐标为（0.16，0.14），表现出良好的蓝光光谱稳定性.  
        关键词：聚螺芴;双极性传输;咔唑;芳基膦氧;聚合物发光二极管   
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        发布时间：2021-01-26
      • 栗华,吴晓甫,杭昊,陈永红,童辉,王利祥
        2018(2): 248-256. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17194
        摘要：采用Suzuki细乳液聚合以及后功能化反应，制备了季铵盐末端的水分散超支化共轭聚合物纳米粒子（HCPN-QA），用于高灵敏度和高选择性的检测2，4，6-三硝基苯酚（PA）.带正电荷的季铵盐端基以及疏水的超支化共轭聚合物核心，使HCPN-QA对水中呈酸性的PA产生静电吸引与疏水富集的协同作用，产生高度灵敏的荧光猝灭响应，检测限达到0.18 μg/L，猝灭常数达到6.36×107 L/mol，相比于有机相分散的超支化共轭聚合物纳米粒子HCPN-OMe，HCPN-QA检测限低了4个数量级，猝灭常数高出3个数量级.通过研究HCPN-QA粒径对PA检测灵敏度的影响，发现纳米粒子粒径对PA的检测灵敏度影响很小.并且，HCPN-QA对PA的猝灭响应显著高于TNT及其他硝基爆炸物，表现出很好的选择性以及竞争选择性.此外，HCPN-QA检测试纸对PA固体颗粒的检测表现出很高的灵敏度，检测限达到66 pg/mm2.  
        关键词：超支化共轭聚合物;纳米粒子;荧光传感;苦味酸;高灵敏检测   
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        发布时间：2021-01-26
      • 肖玉娟,何倩楠,周环宇,徐海涛,谈利承,陈义旺
        2018(2): 257-265. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17215
        摘要：以带磺酸基团的π共轭聚电解质为模板，采用化学氧化还原方法制备了在水相中稳定分散的聚（3，4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）与聚电解质的复合物，并用作聚合物太阳能电池的空穴传输层.通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外可见光谱（UV-Vis）、紫外光电子能谱（UPS）、原子力显微镜（AFM）、透射电子显微镜（TEM）和接触角等对聚（3，4-乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸（PEDOT：PSS）和复合物薄膜的形貌和光电性能进行测试与表征.结果表明，相比于PEDOT：PSS，PEDOT：聚电解质复合物作为空穴传输层，具有合适的能级结构、高达95%的透光率（30 nm）、更疏水的表面形貌以及更高的空穴迁移率，有利于与活性层形成欧姆接触并提高空穴的注入和收集效率，进而提高器件的光伏性能.  
        关键词：聚(3, 4-乙烯二氧噻吩);聚电解质;原位聚合;聚合物太阳能电池;复合材料   
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      • 傅平,郭鑫,李灿
        2018(2): 266-272. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17234
        摘要：采用离子液体作为阴极界面层来制备高效的倒置聚合物太阳电池，并考察了含有不同卤素阴离子的离子液体对器件光电转换效率的影响规律.由1-苄基-3-甲基咪唑阳离子和卤素阴离子组成的离子液体作为阴极界面层、PBDTTT-C：PC71BM作为活性层制备的倒置器件，光电转换效率达到6.55%，高于不采用离子液体作为阴极界面层的器件效率；当采用PTB7-Th：PC71BM作为活性层时，可获得8.24%的光电转换效率.离子液体通过界面偶极作用可以有效降低电极和活性层之间的接触势垒，减小串联电阻，从而提高器件效率.同时，发现碘离子作为阴离子的1-苄基-3-甲基咪唑离子液体比含氯离子、溴离子的1-苄基-3-甲基咪唑离子液体作为阴极界面层更有利于提高倒置器件的光伏性能.  
        关键词：聚合物太阳电池;阴极界面层;离子液体;卤素阴离子   
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      • 胡志明,陈晖,钟筱蔚,曲建飞,陈伟,刘安华,何凤
        2018(2): 273-283. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17243
        摘要：通过对苯并噻二唑单元进行氟、氯等卤原子取代，并同时调节烷基侧链的长度，设计合成了一系列基于苯并噻二唑四噻吩类的聚合物太阳电池材料.不同卤原子取代以及烷基侧链的长度都会影响聚合物的结晶性和薄膜聚集形貌从而改变其带隙和电荷传输性质.氟、氯原子的引入可调节聚合物的能级结构，而且相对于氟原子而言，具有更大原子半径的氯原子的引入可在更大尺度下调节能级结构，从而大幅提高相应太阳电池的开路电压，同时通过侧链的优化可进一步调节聚合物的微观聚集结构，改善器件能量转换效率.结果表明，在氯原子和氟原子共同作用的情况下，引入较长的侧链有利于提升聚合物的开路电压和短路电流，从而获得较好的器件性能.其中，以氯、氟共同取代的聚合物PCFBT4T-2OD与PC71BM为活性层的器件性能最佳，能量转换效率可达8.84%.  
        关键词：聚合物太阳电池;给体材料;卤原子取代;开路电压   
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      • 孙晓艺,李金钰,刘辉,路萍
        2018(2): 284-294. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17247
        摘要：采用Suzuki聚合方法合成了以菲并咪唑为侧链的4种含硅宽禁带发光聚合物，并研究了这4种聚合物的光物理、电化学性质与电致发光性能.结果表明四苯基硅基团的引入能够得到宽的带隙，侧基上菲并咪唑的引入可以实现深蓝光发射.其中，基于聚合物P1的电致发光器件最大外量子效率为0.65%，最大发光效率为0.33 cd A-1，色坐标为（0.163，0.099）.  
        关键词：聚合物电致发光器件;深蓝光;宽禁带;菲并咪唑;四苯基硅   
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        发布时间：2021-01-26
      • 章中强,刘志玺,严康荣,李焕斌,刘文清,路新慧,李寒莹,陈红征,李昌治
        2018(2): 295-303. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17253
        摘要：设计合成了基于吡咯[3，4-c]并吡咯二酮（DPP）和烷氧基苯的二元共轭聚合物P1，并通过聚合中分别引入缺电子性第三单体二氟代苯并噻二唑（DFBT）和萘二酰亚胺（NDI），进一步得到三元聚合物P2和P3.结果显示，缺电子第三单体的设计引入能调节聚合物的吸光、能级并改变聚合物在薄膜状态下的聚集行为，从而影响材料的聚合物太阳能电池光电转换效率和有机场效应晶体管电荷迁移率，采取face-on聚集取向的P1在太阳电池中表现更好，而edge-on取向的P2则在晶体管中表现出更高的空穴迁移率.  
        关键词：聚合物太阳能电池;共聚;吡咯并吡咯二酮;缺电子单元   
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        发布时间：2021-01-26
      • 陆婷婷,常驷驹,刘园园,潘劲强,赖文勇,黄维
        2018(2): 304-314. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17261
        摘要：采用Suzuki聚合方法合成了一类梯形茚并芴基共轭聚合物，其中梯形茚并芴单元分别与蒽（An）、苯并噻二唑（BT）以及双噻吩基苯并噻二唑（TBT）进行交替共聚，得到了蓝（2LF-An）、绿（2LF-BT）、红（2LF-TBT）三色发光的共轭聚合物材料，薄膜状态下，发射波长分别为448、545、632 nm，发射光谱覆盖可见光波段.制备的有机电致发光器件获得了三基色电致发光：2LF-An、2LF-BT、2LF-TBT器件的电流效率分别为1.10、3.11、0.50 cd/A，最大亮度分别为2772、8582、1682 cd/m2.自发放大辐射（ASE）测试结果显示，2LF-An和2LF-BT获得了较低ASE泵浦阈值（Eth），分别为20.90和65.84 μJ/cm2，增益分别为62.40和66.07 cm-1，而常见的聚（9，9-二辛基芴-苯并噻二唑）衍生物（F8BT）在相同测试条件下的增益仅为26.88 cm-1.2LF-TBT红光聚合物材料通过掺杂后观察到ASE行为，当掺杂比例为1%时，Eth为88.04 μJ/cm2，增益g为68 cm-1.更重要的是，ASE稳定性测试结果表明，所得红绿蓝三色聚合物材料均表现出优异的ASE发光稳定性，即使在200 ℃退火处理的条件下仍能维持ASE泵浦阈值不发生明显变化.优异的光稳定性和高增益特性使得该类梯形茚并芴基共轭聚合物展现出作为激光增益介质的应用潜力.  
        关键词：共轭聚合物;有机半导体激光;光增益介质;自发放大辐射;梯形茚并芴   
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        发布时间：2021-01-26
      • 熊文涛,郭亦堃,赵达慧,孙艳明
        2018(2): 315-320. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17267
        摘要：以聚合物PTB7-Th为给体、聚合物PDI-V为受体和四氢呋喃为溶剂，构筑了全聚合物太阳能电池.PTB7-Th与PDI-V光谱互补，有效地拓宽了活性层在可见光区的吸收范围，这有利于提高光电流.在器件优化过程中，发现热退火的方法可以有效地提高器件的光伏性能.尽管热退火处理对器件的开路电压影响不大，但是可以一定程度上提高器件的短路电流和填充因子，从而将电池的效率从7.1%提高到8.1%.8.1%的效率也是目前采用非卤素溶剂加工的基于苝酰亚胺类聚合物受体电池效率的最高值.该实验结果表明，四氢呋喃作为一种低毒性的有机非卤素溶剂，可以用来制备高性能有机光伏器件.  
        关键词：有机半导体;太阳能电池;聚合物受体;非卤素溶剂;效率   
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        发布时间：2021-01-26
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