基于超导量子干涉仪的磁性颗粒检测单元分析
物理实验中的磁通量测量技术指南
物理实验中的磁通量测量技术指南磁通量是描述磁场强度的重要物理量，它在物理实验中扮演着十分重要的角色。
测量磁通量的准确性对于实验结果的可靠性具有关键性的影响。
因此，磁通量测量技术在物理实验中显得尤为重要。
本文将介绍一些常见的磁通量测量技术，帮助读者更好地理解和应用这一技术。
一、法拉第感应定律磁通量是通过一个平面的磁场的总数。
根据法拉第感应定律，一个线圈内感应的电动势等于线圈内磁通量的变化率。
基于这个原理，我们可以使用电磁感应法来测量磁通量。
二、霍尔效应传感器霍尔效应传感器是一种基于霍尔效应原理测量磁通量密度的传感器。
当一个电流通过一个芯片上的霍尔探测器时，霍尔探测器会受到垂直于电流和磁场的洛伦兹力的作用，从而产生一个电压信号。
根据这个电压信号，我们可以计算磁通量的大小。
这种传感器的优点是快速反应速度和准确的测量结果。
三、磁阻传感器磁阻传感器是一种基于磁阻效应原理测量磁通量密度的传感器。
它是通过使用一个可感应磁场变化的磁阻元件来测量磁通量。
当磁场变化时，磁阻元件的阻值也会发生相应的变化。
通过测量这个变化的磁阻，我们可以计算磁通量的大小。
这种传感器的优点是价格相对较低，但它的测量精度和分辨率可能不如霍尔效应传感器。
四、超导量子干涉仪超导量子干涉仪是一种基于超导性质的仪器，用于测量磁通量。
它的工作原理是利用超导性材料在磁通量趋于量子的整数倍时产生平台，从而实现精确测量。
这种仪器的优点是高精度和高灵敏度，但同时也要求实验条件的严格控制。
五、磁通量标定在进行磁通量测量之前，需要进行磁通量标定，以确保测量结果的准确性和可靠性。
磁通量标定可以通过将待测磁场与已知磁场相互作用，然后根据法拉第感应定律计算磁通量大小。
同时，还可以使用已知大小的磁通量源来校正测量系统。
六、实验注意事项在进行磁通量测量实验时，需要注意以下几点：1. 在实验过程中，应避免外部磁场的干扰。
尽量在无磁场的环境下进行实验。
2. 定期校准仪器，确保其正常工作。
超导技术在医疗诊断中的应用案例分享
超导技术在医疗诊断中的应用案例分享引言：随着科学技术的不断进步，超导技术作为一种前沿的技术手段，被广泛应用于各个领域。
其中，在医疗诊断领域，超导技术的应用也逐渐展现出了其巨大的潜力。
本文将分享一些超导技术在医疗诊断中的应用案例，展示其在改善医疗诊断准确性和提高治疗效果方面的重要作用。
一、超导磁共振成像（MRI）在肿瘤检测中的应用超导磁共振成像（MRI）是一种非侵入性的医学影像技术，通过利用超导磁体产生的强磁场和无线电波来获取人体内部的详细图像。
在肿瘤检测中，MRI技术能够提供高分辨率的图像，帮助医生准确判断肿瘤的位置、大小和形态。
同时，MRI还能够通过对肿瘤组织的信号特征进行分析，帮助医生判断肿瘤的恶性程度，从而为患者制定更加精确的治疗方案。
二、超导量子干涉仪在神经科学研究中的应用超导量子干涉仪是一种基于超导技术的高灵敏度测量仪器，可以用于测量微弱的电磁信号。
在神经科学研究中，超导量子干涉仪的应用可以帮助科学家观察和记录大脑神经活动的细微变化。
通过将超导量子干涉仪与脑电图（EEG）等传统神经科学研究方法相结合，科学家可以更加准确地研究大脑的功能和疾病机制，为神经科学领域的研究提供重要的工具和手段。
三、超导传感器在心脏病诊断中的应用心脏病是一种常见的严重疾病，对人类的健康造成了巨大的威胁。
超导传感器是一种高灵敏度的传感器，能够测量微弱的生物电信号。
在心脏病诊断中，超导传感器可以用于监测和记录患者的心电图信号，帮助医生准确判断心脏病的类型和严重程度。
通过将超导传感器与传统的心电图仪器相结合，医生可以更加准确地诊断心脏病，为患者提供更好的治疗方案。
四、超导磁敏感器在癌症早期诊断中的应用癌症是一种严重的疾病，早期诊断对于提高治疗效果和延长患者生存期至关重要。
超导磁敏感器是一种高灵敏度的传感器，能够测量微弱的磁场信号。
在癌症早期诊断中，超导磁敏感器可以用于检测和分析患者体内微弱的磁场信号变化，帮助医生发现癌症的早期信号。
Co3O4纳米颗粒的溶胶凝胶法制备及磁性
１ 实
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文 章 编 号 ：１７ ６ ２—９ １ （０ ８ ０ ０ ０ ｏ ３ ５ ２０ ） ３— ６ ２一 ３
Ｃ ３ ４ 米颗 粒 的溶 胶 凝 胶 法 制备 及 磁 性 ｏ０ 纳
韩立安 常 琳 牟 国栋 孟泉水 朱金 山 ， ， ， ，
（． １ 西安科 技大学 理学 院；． ２ 西安科技大学 材料科学与工程 学院 ， 陕西 西安 ７０ ５ ） １０ ４
作者简 介： 韩立安 （ ９ ５ ， ， １７ 一） 男 陕西扶风人 ， 在读博士 ， 主要从事物理学和纳米材料 的教学与研究
维普资讯
第 ３期
韩 立安等 ：ｏＯ 纳 米颗 粒的溶胶凝胶 法制备及磁性 Ｃ ３
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进行 了探究 ， 用超导量子干涉仪对其磁性进行 了测量。
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收稿 日期 ：０ ７—０ ２０ ３—２ ０
责任编辑 ： 郭西 山
超导量子干涉仪发展和应用现状
第27卷第5期低 温 物 理 学 报Vol.27,No.5
2005年11月CHINESEJOURNALOFLOWTEMPERATUREPHYSICSNov.,2005
超导量子干涉仪发展和应用现状陈 林 李敬东 唐跃进 任 丽华中科技大学超导电力科学研究与发展中心,武汉 430074
作为灵敏度极高的磁传感器,超导量子干涉仪(即SQUID)在生物磁测量,大地测量,无损探伤等方面获得了广泛的应用.本文主要介绍了超导量子干涉仪的基本原理,制作工艺以及发展现状,并总结了目前的应用热点和国内外研究进展,对我国如何开展该方面的研究进行了探索和分析.
关键词:SQUID,约瑟夫森结,梯度计PACC:7450
1 引 言SQUID实质是一种将磁通转化为电压的磁通传感器,其基本原理是基于超导约瑟夫森效应和磁通量子化现象.以SQUID为基础派生出各种传感器和测量仪器,可以用于测量磁场,电压,磁化率等物理量.
被一薄势垒层分开的两块超导体构成一个约瑟夫森隧道结.当含有约瑟夫森隧道结的超导体闭合环路被适当大小的电流偏置后,会呈现一种宏观量子干涉现象,即隧道结两端的电压是该闭合环路环孔中的外磁通量变化的周期性函数,其周期为单个磁通量子Ф0=2.07
×10
-15
Wb,这样的环路就叫做超导量子干涉仪.
根据SQUID的现状和发展,本文重点对目前的应用热点和研究进展进行分析,并指出了要解决的问题和相应对策.
2SQUID磁强计SQUID根据所使用的超导材料,可分为低温超导SQUID和高温超导SQUID.又可根据超导环中插入的约瑟夫森结的个数分为RF2SQUID和DC2SQUID.
2.1低温DC2SQUID目前大部分低温DC2SQUID采用Nb/ALOx/Nb隧道结工艺制作,并包含有一个铌膜制成的平面方形垫圈.在垫圈上沉积多匝的铌输入线圈,与SQUID环孔有效耦合.Nb/
ALOx/Nb隧道结这一工艺由Gurvitch等人首先提出,在Nb/Si/Nb选择Nb阳极氧化工艺(SNAP)的基础上,改用Al氧化层做位垒,用反应离子刻蚀技术形成结区,发展成选择
超导技术在医学诊断中的应用
超导技术在医学诊断中的应用导语：随着科技的不断进步，超导技术在各个领域都得到了广泛的应用。
而在医学诊断领域，超导技术也展现出了巨大的潜力。
本文将从MRI技术、超导量子干涉仪和超导量子计算机等方面来探讨超导技术在医学诊断中的应用。
一、MRI技术MRI（Magnetic Resonance Imaging）磁共振成像技术是一种利用磁场和无线电波来观察人体内部结构和功能的高级医学影像技术。
而超导技术在MRI技术中扮演着重要的角色。
首先，超导磁体是MRI设备中的核心部件。
由于超导材料具有零电阻和强磁性的特点，可以产生强大的磁场。
这种强大的磁场可以提高MRI图像的分辨率和对比度，使医生能够更准确地观察和诊断患者的病情。
其次，超导技术还可以提高MRI设备的性能和效率。
超导材料的低温特性使得MRI设备能够更快地达到工作温度，从而缩短了设备的预热时间。
此外，超导材料的高电流密度和低电阻性能可以减少MRI设备的能耗，降低了运行成本。
除了以上的优势，超导技术还可以为MRI技术的发展带来更多的可能性。
例如，超导RF线圈的应用可以提高MRI图像的信噪比，从而获得更清晰的图像。
此外，超导技术还可以实现更小型化的MRI设备，使得其在临床诊断中的应用更加便捷和普及。
二、超导量子干涉仪超导量子干涉仪是一种基于超导技术的精密测量仪器，可以用于医学诊断中的微量物质检测和分析。
首先，超导量子干涉仪可以用于检测和分析人体内的微量元素。
通过测量样本中的微量元素的超导态和非超导态之间的转变，可以获得关于样本成分和结构的信息。
这对于一些疾病的早期诊断和治疗具有重要的意义。
其次，超导量子干涉仪还可以用于检测和分析人体内的微量药物和代谢产物。
通过测量样本中的微量物质的超导态和非超导态之间的转变，可以获得关于样本中药物浓度和代谢产物含量的信息。
这对于药物治疗的个体化和剂量调整具有重要的指导意义。
超导量子干涉仪的应用不仅可以提高医学诊断的准确性和灵敏度，还可以为新药研发和药物治疗的优化提供重要的技术支持。
超导磁强计
高温超导量子干涉磁强计的发展现状及其应用作为20世纪物理学的重要发现之一的超导电性,在1911年被荷兰物理学家卡末林一昂内斯发现以后，科学家们就对超导电性的实际应用提出了许多设想，并积极开发它的应用领域，超导传感器是最有希望的应用领域之一。
超导传感器的核心是基于隧道效应的超导量子干涉器件(SUPerCondUetingqUantUmdeVices,常缩写为SQlnD).SQUID实质上是将磁通转变成电压的磁通传感器，以它为基础可派生出多种传感器和测量仪器。
超导量子干涉磁强计工作的基础是“隧道效应”，SQUID就其功能来讲，是一种磁通传感器，不仅可以用来测量磁通量的变化，而且还可以测量能转换成磁通的其他物理量，如电流、电压、电阻、电感、磁感应强度、磁场梯度、磁化率、温度、位移等。
SQUID配上输入和读出电路，就构成磁强计，它的灵敏度、动态范围、频率响应、响应时间比同类仪器高几个数量级。
一、超导测量仪器的技术研究发展历程：自20世纪80年代发现了能工作于液氮温度(77K)的铜氧化物高温超导体后，由于液氮相对于液氮的廉价和使用上的方便，给高温超导体SQInD的应用提供了较多有利条件，国际上又掀起了高温超导体量子干涉(高TCSQUID)磁强计的研制和应用的热潮。
随着高温超导薄膜技术的发展，外延生长高温超导薄膜的技术逐渐成熟，发展出了多种人工可控的采用高性能外延超导薄膜制备JOSePhSon结及SQUTD器件的技术。
为了提高SQUID的磁场灵敏度，无论是deSQUID或rfSQUTD,都采用具有较大磁聚焦面积的方垫圈结构,有的还用高温超导薄膜做出磁通变换器、大面积磁聚焦器等与SQInD器件配合到一起,共同组成SQUTD 磁强计的探头。
在电子线路方面与低温SQUTD相比，也做了很多改进和提高。
使磁强计的性能指标可以满足许多弱磁性测量应用的需要。
如图：SQUTD磁强计在不同应用中的磁场灵敏度和频率范围现在，国外已有多家小型公司可以提供商品化的高温超导SQUT0这样性能的高温超导SQUID系统已经被用在了生物磁测量、地磁测量、无损探伤、扫描SQUID显微镜及实验室的弱磁测量等多个方面。
磁场的影响：磁场的实验观测与分析
汇报人：XX
目录
01 02 03 04 05 06
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01
磁场的基本概念
磁场的定义
磁场是一种看不见、摸不着的物质，它存在于磁体周围，对放入其中的其他磁体或电流产生作 用力。
磁场的方向和强度可以用磁感线来表示，磁感线的密度表示磁场的强度，磁感线的方向表示磁 场的方向。
磁性物质的分类
顺磁性物质：如铬、锰、铜 等，磁性较弱
铁磁性物质：如铁、钴、镍 等，具有较强的磁性
抗磁性物质：如铝、铂、金 等，磁性很弱
反磁性物质：如钐、镨、钆等， 磁性很强，但与磁场方向相反
磁场对物质结构的影响
磁场可以改变物质的原子排列
磁场可以改变物质的电导率
添加标题
添加标题
磁场可以影响物质的磁性
磁阻技术的应 用：磁阻式罗 盘、磁阻式陀 螺仪、磁阻式 电流传感器等
磁通门技术
原理：利用磁 通门传感器测
量磁场强度
特点：高灵敏 度、高精度、
实时测量
应用：地磁测 量、空间探测、 材料科学等领
域
发展：从最初 的模拟磁通门 发展到现在的 数字磁通门技
术
磁光克尔效应技术
原理：磁光克 尔效应是磁性 材料在磁场中 吸收光子后产
磁疗：利用磁场对人体进行理疗，缓解疼痛和炎症
磁性药物：利用磁场将药物定向输送到病变部位，提高治疗效果
磁场对细胞和生物分子的影响：研究磁场对细胞和生物分子的影响，为医学研究提供新的 方向
06
弱磁检测技术
弱磁检测技术引言弱磁检测技术是一种用于检测与测量对象表面的微弱磁场的技术。
它在许多领域有着广泛的应用，例如材料科学、磁性材料研究、电子设备测试等。
本文将介绍弱磁检测技术的原理、方法和应用。
原理弱磁检测技术依赖于测量对象表面的微弱磁场来获取相关信息。
微弱磁场的产生可以由多种方式，例如材料内部的磁性颗粒、电流通过导体产生的磁场等。
在测量时，通常使用磁感应强度计或超导量子干涉仪等仪器来检测和测量微弱磁场的变化。
方法弱磁检测技术有多种方法，具体选择方法取决于需要检测的对象和采集数据的要求。
磁感应强度法磁感应强度法是最常用的弱磁检测技术之一。
该方法通过磁感应强度计来测量磁场的强度。
磁感应强度计的工作原理是利用霍尔效应或电磁感应原理来测量磁场的强度。
该方法具有简单、易操作和低成本的优点。
超导量子干涉仪法超导量子干涉仪法是一种高精度的弱磁检测技术。
该方法利用超导量子干涉仪的特性来测量微弱磁场的变化。
超导量子干涉仪的工作原理是基于超导性材料在低温下的量子干涉效应。
该方法具有高灵敏度和高分辨率的优点，适用于需要高精度测量的场合。
其他方法除了上述两种方法外，还有一些其他弱磁检测方法，如磁阻效应法、负磁阻效应法等。
这些方法根据不同的原理和应用场景来选择。
应用弱磁检测技术在许多领域有着广泛的应用。
材料科学弱磁检测技术被广泛用于材料科学研究中的磁性材料的表征。
通过测量材料表面的微弱磁场，可以获得磁性材料的磁化曲线、磁滞回线等磁性特性参数。
这对于磁性材料的制备和性能优化具有重要意义。
磁性材料研究弱磁检测技术在磁性材料研究中也起到了重要作用。
通过测量不同温度和外加磁场下磁性材料的微弱磁场变化，可以研究材料的磁相变、磁滞现象等。
电子设备测试在电子设备测试中，弱磁检测技术用于检测设备中的磁性干扰。
通过测量设备表面的微弱磁场变化，可以评估设备的电磁兼容性和磁屏蔽效果。
这对于电子设备的设计和制造非常重要。
结论弱磁检测技术是一种用于测量和检测微弱磁场的重要技术。
心磁图
1
特点：无创，探 测心脏电活动高 度敏感，准确
疗效检测和随 访观察
4
术前评价
2
疾病筛查
3
风险评估
临床诊断
用于鉴别诊断及早发现心肌缺血征象。 进一步证实冠心病诊断，估计心肌缺血严重 程度。 证实心肌坏死存在，评估心肌梗死后致命性 心律失常的危险性
疾病筛查
对心脏病高危人群，医保对象的疾病筛 查，以查明心脏病变的早期征象，进行 心脏灾害性事件的危险分层。
检测方法
1
记录基本生理信息并输人计 算机。被检查者需去除身上 所有磁性物品，以标准体位 卧于检查床上并保持放松状 态。以4era的极间距离， 6×6的矩阵(共36个点)测定 心脏磁场。并将检测信号输 入计算机
2
信号过滤和数学 转换以获取有价 值的磁场参数。 同时计算引起磁 场记录的电信号 参数。存储这些 信息以供其后的 “医学分析”用。
谢谢！
心磁图发展简史
最早的心脏 磁场是在 1963年被 Baule、 Mcfee记录 下来的。 1967年 Cohe左右 由于超电导 干涉仪的发 明，Cohen 开始用 SQUID在磁 场屏蔽室内 首次创造了 良好的心磁 图。
1974年Opfer 等又研制了 二级差动型 磁场梯度 SQUID磁强计 ，用这种磁 强计在一般 的检查室就 可进行心磁 图的测定。
1978年日本 栗野等用一 级差动型磁 场梯度SQUID 磁强计首次 进行了心磁 图的测定。
1980年后， 采用二级差 动型磁场梯 度SQUID磁强 计进行心磁 图的测定， 并用于临床 和基础研究， 取得了可喜 的成果。
心 磁 图 主 要 仪 器 用 途
超导量子干涉仪（SQUID）： 将微弱的心脏信号从强大的环境磁场 中提取出来。
量子弱磁检测原理
量子弱磁检测原理引言：量子弱磁检测是一种基于量子力学原理的磁场测量方法，它利用了量子叠加态和量子干涉的特性，能够实现对微弱磁场的高灵敏度检测。
本文将介绍量子弱磁检测的原理及其在科学研究和技术应用中的重要性。
一、量子叠加态的基本原理量子力学中的叠加态是指一个粒子同时处于多个可能的状态之间的状态。
例如，一个自旋为1/2的粒子可以处于自旋向上和自旋向下的叠加态中。
在量子叠加态中，粒子的性质不是确定的，而是以一定的概率分布存在于各个可能的状态中。
二、量子干涉的基本原理量子干涉是指两个或多个量子态之间相互作用形成的干涉现象。
当两个量子态发生干涉时，它们的振幅会相互叠加或相互抵消，从而影响到最终的测量结果。
量子干涉是量子力学的核心概念之一，广泛应用于各个领域的研究和技术中。
三、量子弱磁检测原理量子弱磁检测利用了量子叠加态和量子干涉的原理，通过对粒子的叠加态进行干涉测量，实现对微弱磁场的高灵敏度检测。
具体而言，量子弱磁检测可以分为以下几个步骤：1. 制备叠加态：首先，需要制备一个粒子的叠加态，使其同时处于多个可能的磁场状态中。
这可以通过一系列的操作和控制来实现，例如利用磁场梯度对粒子进行操控。
2. 干涉测量：将制备好的叠加态与待测磁场进行相互作用，使它们发生干涉。
在干涉过程中，叠加态的不同分量会相互叠加或相互抵消，从而影响到干涉结果。
3. 读出测量结果：通过测量干涉结果，可以得到待测磁场的信息。
这可以通过测量粒子的自旋或其他相关的物理量来实现。
四、量子弱磁检测的应用量子弱磁检测在科学研究和技术应用中具有广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面：1. 生物医学研究：量子弱磁检测可以用于生物体内微弱磁场的测量，例如用于磁共振成像（MRI）中对脑部活动的观测，以及对生物体内磁场分布的研究。
2. 材料科学：量子弱磁检测可以用于材料的磁性测量和磁场分布的观测，对于研究材料的磁性和磁场调控具有重要意义。
3. 地球物理学：量子弱磁检测可以用于地球磁场的测量和地下矿产资源的勘探，对于地球物理学研究和资源开发具有重要意义。
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摘
要 ：带有磁化退磁样 品处 理单元 的扫描超导量 子干涉仪 （ Ｑ Ｉ 显微镜 系统 ， Ｓ Ｕ Ｄ） 配合样 品移动定 位平
台， 可以实现生物样 品内源磁性颗粒磁学特性和磁场分布的测量 。基 于 Ｓ Ｕ Ｄ的磁 场检测单元 为系统重 Ｑ Ｉ 要导磁 通 、 磁场和 电压间 的转换公式 ， 建立磁性颗粒模 型。
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中 图分 类 号 ：Ｔ ６ ２ Ｍ９ ． ３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１０ － ７７ ２ １ ） ８０ ４ －３ ０ ０９ ８ （０ ２ ０－ ００－ － ０
Ａｎ ｌｓ ｎ ｍａ ｎ ｔ ａ ｔｃｅ ｅｅ ｔ ｎｔｂ ｓｄ ｏ ＱＵＩ ● ａ３＂ ｏ ｇ ｅｉ ｐ ｒｉｌｓｄ ｔｃｉｎ ｕ ｉ ａｅ ｎ Ｓ ｙｉ Ｏ ｓ ｇ ｃｏ ｔ ｏ ｑ ０ ０Ｕ Ｄ
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通过仿真分析线圈参数对系统磁场 灵敏度 和空间分辨率 的影 响 ， 设计绕 制了直径 ５ ０ ０ ｍ，０匝 的超 导接 ３ 收线圈 ， 系统磁场灵敏度为 １４ ．６×１ 。／ＣＨ ， 间分辨率 为 ５ ０ ０ Ｔ －； 空 － ０ ｍ。磁性颗粒模型和仿真分 析为系统
设计 、 实验数据分析提供 了理论依据 。 关键词 ：超导量子干涉仪 ； 弱磁检测 ； 磁性颗粒仿真
ｕ ｔ ｄ ｒｖｎ ｏ ｖ ｒｉｎ ｆ ｒ ｌ ｆｔ ｅ ｍａ ｎ ｔｃ ｌ ｎｉ， ｅ ｉ ｇ ｃ ｎ ｅ ｓｏ ｏ ｍｕ ａ ｏ ｈ ｇ ｅ ｉ ｆ ｉ ｕｘ， ａ ｎｅｉ ｉｌ ａ ｏｔ ｇ ｅ ｔｂ ｉｈ ｎ ｇ ｅ ｉ ｐ ｒｉ ｌ ｍ ｇ ｔｃ ｆｅｄ ｎｄ ｖ ｌａ ｅ， ｓａ ｌｓ ｉ ｇ ｍａ ｎ ｔｃ ａ ｔｃｅ
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传感 器与微 系统 （ ｒｎｄ ｃｒ ｎ ｃｏｙｔ ｅｈ ｏ ｇ ｓ Ｔａ ｓｕｅ ｄＭｉ ｓｓ ｍ Ｔ ｃｎｌ ｉ ） ａ ｒ ｅ ｏｅ
２１ ０ ２年 第 ３ 卷 第 ８期 １
基 于超 导 量 子 干 涉 仪 的磁 性颗 粒 检 测 单元 分 析
尹 啸 ，王庆 蒙 ，王 明 ，宋 涛
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