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Matéria (Rio de Janeiro), Volume: 14, Número: 4, Publicado: 2009
  • Simpósio Matéria 2010: um evento da revista Matéria

    Miranda, Paulo Emílio V. de
  • Secagem e retração volumétrica de tijolos cerâmicos maciços e vazados: uma investigação teórica e experimental

    Batista, V.R.; Nascimento, J.J.S.; Lima, A.G.B. de

    Resumo em Português:

    A indústria cerâmica apresenta processos industriais com um grande consumo de energia e elevado impacto ambiental. A grande maioria destas indústrias está desenvolvendo produtos de baixa qualidade devido a processos inadequados de secagem e queima. Sendo assim, a finalidade deste estudo é contribuir para a melhoria da qualidade do processo de secagem apresentando um estudo experimental da secagem de amostras de argila para cerâmica vermelha (blocos vazados e tijolos maciços), com diferentes dimensões e umidades iniciais. Nos processos de secagem, várias temperaturas e umidades relativas do ar foram usadas, e várias curvas da cinética de secagem e de retração volumétrica foram obtidas. Equações matemáticas para descrever a perda de água e variações dimensionais durante o processo de secagem foram propostas Verificou-se que o processo de secagem ocorreu no período de taxa decrescente e o encolhimento apresentou dois períodos distintos.

    Resumo em Inglês:

    The ceramic industry presents industrial processes with a large consumption of energy and high environmental impact. These industries are developing products of low quality due to inadequate drying and firing processes. Therefore, the purpose of this study is to contribute for the improvement of drying process by presenting a drying experimental study of the samples of clay for red ceramics (hollow and solid bricks) with different dimensions and initial moisture contents. In the drying processes, several air temperatures and air relative humidity were used, and thus several curves of the drying kinetics and volumetric retraction are shown and analyzed. Mathematical equations for predict lost of water and dimension variations during the process were obtained. It was verified that drying process takes place in the falling rate period and shrinkage happens in two distinct periods.
  • Prototipagem rápida de pilhas a combustível de óxido sólido

    Hotza, D.

    Resumo em Português:

    Tecnologias de Prototipagem Rápida (Rapid Prototyping, RP) permitem a fabricação automática de peças com geometria complicada a partir de dados de Projeto Auxiliado por Computador (Computer Aided Design, CAD). A peça tridimensional é construída por consolidação de pó em camadas (processo "aditivo" ou "generativo"). Por isso, estas técnicas estão freqüentemente chamadas de fabricação de forma livre sólida ou fabricação em camadas. Em geral, uma abordagem de 5 etapas do desenvolvimento de produto é comumente aplicada: criação de um modelo de CAD, conversão do modelo de CAD em formato STL, fatiamento do arquivo STL em camadas de seção transversal, fabricação do produto, e finalmente acabamento superficial do produto. Técnicas de RP têm muitos benefícios sobre métodos tradicionais para geração de modelos, ferramentaria e construção de peças de produção de qualidade. Por exemplo, em contraste com processos "subtrativos" (furação, moagem, desbaste) os métodos "aditivos" de RP permitem a fabricação de produtos com estrutura complexa de poros internos que não podem ser fabricados por outros métodos. Técnicas de RP podem diminuir significativamente o tempo de fabricação de pilhas a combustível de óxido sólido (PaCOS) com pequena despesa de operação e reduzido custo de produto quando aplicadas corretamente. Tecnologias como Sinterização Seletiva a Laser (Selective Laser Sintering, SLS), Manufatura de Objetos Laminados (Laminated Object Manufacturing, LOM) e Impressão 3D (3D Printing, 3DP) podem ser usadas para fabricação de protótipos de pilhas a combustível, em particular na configuração planar.

    Resumo em Inglês:

    Rapid prototyping (RP) technologies can automatically manufacture near-net shape parts with complicated geometry from Computer-Aided Design (CAD) data. The three dimensional part is built up by powder consolidation in layers ("additive" or "generative" process). For this reason, these techniques are often referred to as solid freeform fabrication or layered manufacturing. In general, a five-step approach of the product development is commonly applied: creating a CAD model, converting the CAD model into STL format, slicing the STL file into cross-sectional layers, fabrication of the product, and finally surface finishing of the product. RP techniques have many benefits over traditional methods for model generation, tools and even construction of production-quality parts. For instance, in contrast to "subtractive" processes (e.g., drilling, milling, grinding) the "additive"-RP methods allow fabrication of products with complex geometries like undercuts, internal cavities or overhangs that cannot be manufactured by other approaches. Additive RP methods also offer the possibility to generate parts with an orientated internal pore structure. RP techniques can significantly shorten fabrication times of Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) with small operational expenditure and reduced product costs when applied properly. Technologies such as Selective Laser Sintering (SLS), Laminated Object Manufacturing (LOM) and 3D Printing (3DP) may be used for the fabrication of fuel cell prototypes particularly for planar configuration.
  • Filmes a base de céria dopados com gadolínio depositados por spray pirólise

    Souza, J.; Paes JR., H.R.

    Resumo em Português:

    Filmes de céria dopados com gadolínio (CDG) foram depositados em substratos de quartzo utilizando-se a técnica de deposição spray pirólise. Os filmes foram depositados com concentrações de dopante de 0, 10, 20 e 30% at.. Foi investigada a influência da concentração do dopante (Gd) e da proporção água/álcool, utilizados como solvente na preparação da solução precursora, nas propriedades estruturais, morfológicas, composicionais e elétricas dos filmes. As análises por difração de raios-X mostraram que os filmes obtidos apresentam-se policristalinos com uma estrutura cúbica do tipo fluorita e uma orientação preferencial (200). Foi verificado que o crescimento dos filmes é fortemente dependente da proporção água/álcool utilizada na preparação da solução precursora, podendo resultar no crescimento de filmes com estrutura "colunar". Os resultados das análises por AFM ("Atomic Force Microscope") e MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura) indicaram que os filmes obtidos são densos e livres de trincas. O tratamento térmico modificou significativamente o grau de cristalinidade e o tamanho de cristalito dos filmes. As análises por fluorescência de raios-X mostraram que a estequiometria utilizada na solução precursora foi mantida nos filmes depositados. As medidas da variação da condutividade elétrica em função da temperatura mostraram que os filmes dopados com 20% at. de Gd apresentaram condutividade elétrica mais elevada que os filmes intrínsecos.

    Resumo em Inglês:

    Gadolinia-doped ceria-based films (GDC) were deposited on quartz substrates by spray pyrolysis. The films were deposited with Gd concentration of 0, 10, 20 and 30 at.%. The influence of doping concentration (Gd) and water/alcohol ratio, used as solvent in precursory solution, on structural, morphological, compositional and electrical properties of the GDC films was investigated. The analyses by X-ray diffraction showed polycrystalline films with a cubical structure of the fluorite type and preferential orientation (200). It was observed that the film growth is strongly dependent on the water/alcohol ratio used in the preparation of the precursory solution, could result in the growth of films with columnar structure. The results obtained by AFM and SEM indicated that the films are dense and free from cracks. Annealing of the films modified their level of crystallinity and crystallite size significantly. Analyses by X-ray fluorescence showed that the stoichiometry used in the precursory solution was kept in the films. Measurement of the variation of the electrical conductivity as a function of temperature showed that the doped films with 20 at. % presented higher electrical conductivity than the intrinsic films.
  • Caracterização de eletrodos de difusão de gás de células a combustível do tipo membrana trocadora de prótons

    Pires, M.; Azevedo, C.M.N.; Ramos, C.Z.; Canalli, V.M.

    Resumo em Português:

    Em células a combustível1 de eletrólito polimérico sólido o principal componente é o conjunto membrana/eletrodos - MEA (membrane-eletrocde assembly). Os eletrodos de difusão de gás - GDL (gas diffusion layer) são um dos principais constituintes do MEA, sendo um material compósito constituído de camadas difusora e catalítica, formadas por pó de carbono, platina e polímeros - PTFE (politetrafluoretileno) e Nafion - depositados sobre um substrato (papel ou tecido de carbono). Essas camadas apresentam superfícies rugosas e porosas, de caracterização complexa. O objetivo deste trabalho é caracterizar a GDL. A molhabilidade da superfície foi determinada por medidas de ângulo de contato externo pelo método da gota de água. Os ângulos de avanço e recuo foram medidos e usados para estimar a histerese e o ângulo de equilíbrio. A morfologia e a composição foram estudadas usando Microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva, enquanto que a porosidade foi medida embebendo os substratos com n-heptano e água para quantificar os poros hidrofílicos/hidrofóbicos. O estudo morfológico indicou que a incorporação do PTFE no pó de carbono é uma etapa crítica na fabricação das camadas difusoras. Uma maior quantidade de PTFE resulta no decréscimo da porosidade total e um aumento do percentual de poros hidrofóbicos para ambos os substratos. Os resultados obtidos na determinação dos ângulos de contato apresentaram boa precisão, em especial para os compósitos depositados sobre o tecido de carbono. Os ângulos de contato obtidos para as camadas catalíticas foram inferiores aos das camadas difusoras, provavelmente devido à presença do Nafion, que apresenta caráter hidrofílico minimizado a hidrofobicidade do compósito. Esses resultados confirmaram a complexidade do GDL e a importância de sua caracterização detalhada para a otimização da fabricação do MEA.

    Resumo em Inglês:

    In polymer electrode fuel cells the main component is the membrane/electrodes assembly (MEA). Gas diffusion electrodes (GDL) are the principal components of the MEA, being a composite material constituted of diffusion and catalyst layers, formed by carbon powder, platinum, PTFE and Nafion polymers deposed over a subtract (carbon paper or cloth). These layers present roughness and porous surfaces of complex characterization. The aim of this work is to characterize GDL. The surface wettability was assessed by drop water external contact angle measurements. The advancing and receding angles were measured and used to estimate the hysteresis and the equilibrium angle. Morphology and composition were studied using scanning electronic microscopy and energy dispersive spectroscopy while porosity was measured by imbibing n-heptane and water into substrates to quantify hydrophilic/hydrofobic pores. Morphologic study indicated that PTFE incorporation into carbon power is a critical step on diffusion layers fabrication. A greater amount of PTFE results in decrease the total porosity and increases the percent of hydrophobic porous for both substrates. The results obtained in angles contact determination present good precision, especially for the composite deposited over carbon cloth. The values obtained for contact angels of the catalyst layers were lower than ones measured over diffusion layer, probably due to the presence of Nafion, which presents a hydrophilic character minimizing the composite hydrophobicity. These results confirmed the complexity of GDL and confirmed the importance of a detailed characterization for MEA assembly optimization.
  • Estudo de relaxações dielétricas e dinâmico-mecânicas da borracha natural por meio das técnicas de DMTA E TSC

    Gomes, D.M.; Kowalski, E. L.; Munaro, M.; Robert, E.R.

    Resumo em Português:

    A borracha natural (BN) é amplamente utilizada para aplicações em isolamento elétrico. No setor elétrico, BN é usada principalmente na fabricação de equipamentos de segurança como luvas, mangas e lençóis isolantes e ferramentas aplicadas em serviços com a rede energizada. Este trabalho faz parte de uma pesquisa sobre propriedades elétricas e mecânicas da BN. Foram obtidos resultados por meio das técnicas de corrente termicamente estimulada - TSC (thermally stimulated current), uma importante técnica de caracterização de armazenamento de carga em BN, análise termodinâmico-mecânica - DMTA (dynamic mechanical thermal analysis). Duas formulações foram estudadas, uma contendo enxofre como agente de vulcanização (cura) e a outra, peróxido de dicumila. A reorientação de dipolos elétricos detectados por TSC para as amostras de borracha natural, novas e envelhecidas de ambas as formulações, estão relacionados aos movimentos de segmentos, grupos laterais, e partes de terminações de cadeias, detectados por DMTA. Além disso, a degradação das amostras de borracha natural mostrou-se divida em dois estágios: no primeiro, a reação de reticulação é predominante e, no segundo, predominam a cisão de cadeias e a reação de oxidação de terminações, ramificações e pontos de cisão.

    Resumo em Inglês:

    Natural Rubber (NR) is widely used in applications where electric insulation is required. In power systems utilities, NR is used mainly to manufacture live line security equipments - rubber insulating gloves, sleeves, matting and electric isolation tools. This work is part of a research about the electric and mechanicals properties of NR. Results from thermally stimulated current - TSC spectroscopy, an important characterization method of charge storage in NR, and dynamic mechanical thermal analysis - DMTA are presented. Two compositions of NR have been studied, one contain sulfur as vulcanization (cure) agent, and the other with dicumile peroxide. The redirection of electric dipoles detected by TSC for new and aging natural rubber samples, of the two formulations are related to movements of segments, side groups, and parts of terminations of chains, detected by DMTA. Furthermore, the degradation of natural rubber samples proved to be divided into two stages: firstly, the cross-linking reaction is predominant and in the second, the predominant chain scission and oxidation reaction of endings, branches and scission points.
  • Costa, F.B.; Teixeira, S.R.; Souza, A.E.; Santos, G.T.A.

    Resumo em Inglês:

    Numerous silicates based wastes have been produced and considered for recycling and reuse. Among them, glass cullet is one of the most common silicate wastes and has considerable volume in the cities wastes. A big amount of this waste is recycled by the glass industry but another part is dumped in the cities garbage deposits. In the last few decades there has been considerable research on the reuse of glass waste as aggregate to produce glass-ceramic, for mortars, ceramics and for cement and concrete. This work is concerned to study the reuse of one way glass bottles as aggregate to produce roof tiles (red ceramic). Two kinds of glass powder were prepared by sieving: alpha (0.088 to 0.125 mm) and beta (0.037 to 0.088 mm). Prismatic ceramic bodies (CB) were pressed (60 x 20 x ~5 mm) using a ceramic mass with 0, 5, 8 and 10 % of glass cullet powder added and fired at five different temperatures (800 to 1200 ºC). The results of the technological tests (flexural strength, water absorption, dimensional changes, density and porosity apparent) show that shrinkage increases with the glass content and all other properties above are improved. These changes are more exhibited at temperatures higher than 900°C and in the higher powder glass concentrations (8 e 10%).
  • Material compósito epóxi-amina para restauração dentária

    Garcia, F.G.; Matusalém, F.; Leyva, M.E.; Queiroz, A.A.A.; Oliveira, M.G.

    Resumo em Português:

    O objetivo deste trabalho foi desenvolver materiais compósitos à base de resina epoxídica para restauração dentária, para uso em próteses fixas. Diferentes compósitos foram formulados utilizando a resina líquida do tipo éter diglicidílico do bisfenol-A (DGEBA), com três diferentes agentes de cura tais como trietilenotetramina (TETA), isoforonodiamina (IPD) e 1-(2-aminoetil)piperazina (AEP), como sistemas independentes, contendo diferentes concentrações de micro-partículas de quartzo. As formulações foram otimizadas usando métodos de titulação de grupos funcionais, bem como a incorporação de diferentes quantidades de quartzo. As formulações foram avaliadas por ensaios mecânicos de compressão uniaxial e por ensaios biológicos in vitro usando células de ovário de hamster chinês. O sistema com AEP manifestou a maior deformação nos ensaios de compressão. O modulo de elasticidade e a tensão limite de escoamento aumenta com a quantidade de quartzo. Entretanto, a resistência à ruptura diminui significativamente com o aumento da concentração de material inorgânico. Os compósitos com TETA e AEP apresentam os melhores comportamentos mecânicos. As interações biológicas dos polímeros epoxídicos revelaram que não existem sinais de citotoxicidade. Os materiais compósitos desenvolvidos podem ser utilizados como biomateriais com boas propriedades mecânicas e biológicas, especificamente na fabricação de próteses ortodônticas, sendo ainda de fácil fabricação e baixo custo quando comparados com os materiais já utilizados para estes fins.

    Resumo em Inglês:

    The aim of this study was to develop composites materials based on diglycidyl ether of bisphenol-A (DGEBA) for applications as dental restorative material for use in fixed prostheses. The composites were formulated by using diglycidyl ether of bisphenol-A (DGEBA) epoxy prepolymer, triethylenetetramine (TETA) isophorone diamine (IPD) and 1-(2-aminoethyl)piperazine (AEP) as hardeners with micro-particles of quartz. The formulations were obtained through the optimization of the systems by methods of chemical titration of the functionality groups, and the incorporation of different amounts of the inorganic material. The formulations were examined by mechanical tests (compression) and in vitro biological tests using chinese hamster ovary cells. The system with AEP shows a bigger deformation after the yield stress. The increase of inorganic material on the composites increases the yield strain and the yield stress. However, it provokes a significant decrease on the rupture resistance value. The composites with TETA and AEP present the best mechanical behaviors. The epoxy polymers revealed no signs of cytotoxicity in the biological tests. The work resulted in new biomaterials with good mechanical and biological properties suitable for the manufacture of prostheses orthodontics and it is easy to manufacture and possesses low cost compared with materials already used.
  • Análise histológica da Blenda PLLA/PCL como prótese de menisco

    Pinto, M.R.F.; Mariano, E.C.; Alberto-Rincon, M.C.; Duek, E.A.R.

    Resumo em Português:

    Os inúmeros artigos científicos aplicando polímeros biorreabsorvíveis como biomaterial, desde 1966, mostram o crescente interesse dos pesquisadores em várias partes do mundo devido a sua ampla gama de aplicações na área médica, tais como regeneração guiada de tecidos, liberação controlada de drogas, suporte para cultura de células, implantes ortopédicos, entre outros. Com o intuito de analisar histologicamente a blenda PLLA/PCL poli(ácido- lático/poli(ε - caprolactona) na composição 70/30 com 3% de plastificante para aplicação como prótese de menisco, foi realizado um estudo in vivo em coelhos, os quais foram submetidos à remoção total do menisco medial do joelho, sendo que em um dos joelhos foi implantada a prótese da blenda e o outro, sem implante, serviu como controle. Após 8, 16 e 24 semanas, foram recolhidos deles, a prótese juntamente com o tecido ao seu redor, o côndilo femural da prótese e o côndilo femural controle. Os materiais foram submetidos à análise histológica por microscopia óptica. Os resultados mostraram que após 24 semanas, ocorreu a formação de um tecido do tipo fibrocartilagem, indicando que a blenda estudada apresenta grande potencial para ser utilizada para aplicação em questão, já que o material favorece a formação de um tecido muito semelhante ao do menisco.

    Resumo em Inglês:

    The numerous scientific papers applying bioreabsorbable polymers as biomaterial, since 1966, shows the growing interest of researchers in various parts of the world due to its wide range of applications in medicine, such as guided tissue regeneration, controlled release of drugs, support for cells culture, orthopaedic implants, among others. In order to analyze the histologically PLLA / PCL poly (lactic-acid / poly ( caprolactone) blends composition 70/30 with 3% of plasticizer for application as a meniscal prothesis, a study was performed in vivo in rabbits, which were subjected to total removal of the medial meniscus of the knee, and in one of the knees was implanted in the prosthesis and blend another without implant, served as control. after 8, 16 and 24 weeks, were collected them, along with a prosthesis the tissue around it, the femoral condyle of the prosthesis and the femoral condyle control. The materials were subjected to histological analysis by optical microscopy. The results showed that after 24 weeks, there was the formation of a tissue-type fibrocartilage, indicating that the blend studied presents great potential to be used for application in question, since the material promotes the tissue formation o very similar to the meniscus.
  • Avaliação das propriedades físicas e mecânicas de papéis reciclados artesanais com resíduos de bananeira ou palha de arroz

    Bastianello, S.F.; Testa, R.C.; Pezzin, A.P.T.; Silva, D.A.K.

    Resumo em Português:

    As culturas de banana e arroz são predominantes na região Nordeste do Estado de Santa Catarina e no caso da banana chegam a gerar 200 toneladas/ano de resíduos entre, pseudocaules, engaços e folhas, que geralmente são incorporados ao solo. Desta forma, este trabalho teve como objetivo avaliar a influência da adição de polpa de fibras vegetais nas propriedades físicas e mecânicas de papéis reciclados de forma artesanal, bem como reaproveitar os resíduos gerados por estas culturas. As polpas contendo fibras de palha de arroz ou de pseudocaule de bananeira foram acrescentadas à polpa de papel nas proporções de 0, 10, 20 e 30 % em massa (m/m) e as folhas obtidas foram submetidas aos ensaios de gramatura, espessura, permeância ao ar, resistência à tração, resistência ao esmagamento do anel e resistência ao arrebentamento segundo normas NBR apropriadas. Analisados os ensaios físicos e mecânicos, constatou-se que os resultados mais expressivos foram registrados para as folhas que continham 20 % (m/m) de pasta de bananeira.

    Resumo em Inglês:

    The cultures of bananas and rice are predominant in the Northeast of Santa Catarina State and in the case of banana the, reach 200 ton/year of waste, including pseudo-stem, stalks and leaves, which are usually incorporated into the soil. Thus, this work analyzed the physical-mechanics properties of handmade papers produced with recycled fibers with local agro-industry resources, pulps of banana tree (Musa cavendishii) and rice straw (Oriza sativa). Handmade papers were produced with the mixtures whose compositions had 10 %, 20 % and 30 wt% of banana or rice pulps. The compounds produced were using physical and mechanical tests, such as: gramature, thickness, porosity, tensile strength, crushing of the ring strength, and stretching strength in agreement with appropriated NBRs. The physical and mechanical tests pointed out that the samples with 20 % of banana pulp present more expressive results.
  • Desenvolvimento de metodologia e estudo do potencial da técnica TOFD visando a inspeção e o monitoramento de equipamentos

    Souza, R.R.; Martins, C.O.D.; Lima, T.R.S.; Reguly, A.

    Resumo em Português:

    Com o constante crescimento da indústria nacional, cresce também a demanda pelo desenvolvimento de ferramentas eficientes de inspeção e monitoramento da integridade estrutural de equipamentos e estruturas. Dentre estas, destacam-se os ensaios não destrutivos. Das diversas técnicas não destrutivas aplicadas para a inspeção de componentes, destaca-se o uso da técnica de ultra-som convencional para a localização e dimensionamento de defeitos. Porém, em inspeções de campo, devido ao desconhecimento freqüente da orientação dos defeitos, recorre-se a metodologias que utilizam diversos ângulos incidentes e sistemas de análise de sinais, resultando num processo lento e subjetivo de inspeção. Com o aumento da demanda por medidas on line, tem-se elevado a necessidade de processos mais rápidos e confiáveis, dentre estes, destaca-se o uso da técnica de ultra-som via time of flight diffraction (TOFD). Este trabalho apresenta a técnica TOFD como uma ferramenta eficiente na determinação da profundidade de entalhes usinados em blocos de aço SAE 1022, a partir da calibração segundo Norma Britânica BS 7706:1993. Para isso, foi elaborada uma metodologia utilizando quatro variações (freqüência/ângulo) diferentes de inspeção, verificando o potencial do método na análise das diferentes profundidades, a fim de aplicar na inspeção e no monitoramento de equipamentos. Os resultados mostram que tanto para defeitos aflorando na superfície de varredura quanto para defeitos aflorando na superfície oposta, o dimensionamento pode ser preciso, se a variação adequada (freqüência/ângulo) para cada caso for selecionada.

    Resumo em Inglês:

    With the constant growth of the domestic industry, the demand for the development of efficient tools for inspection and monitoring of structural integrity of equipment and structures also grows. Among these, non-destructive testing have been used. Considering to the non-destructive techniques applied to inspection of components used in oil industries, the use of the conventional ultra-sound technique for location and sizing of defects has proved to be important. However, in the field inspections, due to the frequent lack of orientation of defects, are utilized methodologies that use many incident angles and systems analysis of signals, resulting in a slow and subjective inspection. With the increasing of demand for online inspection, the necessity for faster and more reliable processes has been raised, among these, the use of the time of flight diffraction. This work presents TOFD technique as an efficient tool to determine the height of artificials reflectors machined in samples of SAE 1022 steel, from calibration according to British Standard 7706:1993. For this, it was elaborated a methodology using four different variations (frequency / angle) of inspection, verifying the potential of the method in analysis of different heights, in order to apply in inspection and monitoring of equipments. Results show that as for notches breaking in the surface inspected as for notches breaking in the inside surface, opposite the scanned surface, sizing can be precise, if the correct variation (frequency / angle) for each case was chosen.
Laboratório de Hidrogênio, Coppe - Universidade Federal do Rio de Janeiro, em cooperação com a Associação Brasileira do Hidrogênio, ABH2 Av. Moniz Aragão, 207, 21941-594, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, Tel: +55 (21) 3938-8791 - Rio de Janeiro - RJ - Brazil
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