纳米氮化钛.docx
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纳米氮化钛.docx
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纳米氮化钛
纳米氮化钛粉体
一、性能特点
本产品纯度高,粒径小,比表面积大,表面活性高,紫外光屏蔽大于80%以上,有很好的阻隔性能。
该材料具有良好的导电性,可用作熔盐电解的电极和电触头等导电材料。
二、主要参数
-性..能指标纳米陶瓷粉
纯度
总氧含量
晶型
平均粒度
比表面积
松装密度
外观颜色
纳米TiN
>97.0%
<1.0%
立方结构
14nm
2
80m2/g
0.08g/cm3
黑色
1、在纳米氮化钛PET啤酒瓶及塑料包装材料上高阻隔的应用:
采用纳米TiN复合材料阻隔技术,将Nano-TiN与PET树脂复合形成复合材料,这些纳米粒子能够阻塞分子间隙,使气体难以扩散渗透,从
而提高了PET树脂瓶的阻隔性。
由于加入的纳米材料数量非常少,这种材料可以在现有的各种制瓶机上
直接应用,不需要更新设备。
产品保持PET瓶无色透明的外观,其阻隔性能提高10倍以上,添加比例
仅为千分之一。
2、在PET工程塑料里的应用:
纳米少量纳米氮化钛粉体用在热塑性工程塑料如PET,PA等等,可以
当做结晶成核剂使用,将纳米氮化钛分散与乙二醇中,通过聚合的方式使纳米氮化钛更好的分散与PET
工程塑料中,可以大大加快PET工程塑料的结晶速率,使其成型简单,扩大PET工程塑料的应用范围。
同时数目众多的纳米氮化钛颗粒弥散与PET中,由于纳米效应可以使PET工程塑料的耐磨性能,抗冲
击性能得到很大幅度的提高。
3、在太阳能真空管上高太阳光吸收剂的应用:
经中科院研究所检测纳米氮化钛对光的吸收可以达到80%
以上,并在吸收光能的同时放出热能。
目前台湾企业已经于我们合作,经过实验表明产品太阳能加热器
镀层或塑料薄膜中添加,添加比例仅为千分之一,可以在3分钟内使水温升高4-5C。
可以代替传统的
真空镀膜,大幅度降低生产成本。
4、高热辐射率涂层的应用:
纳米TiN粉作为高温中使用的高热辐射率涂层材料的关键材料,添加该组分所研制的涂层材料采用等离子喷涂技术制备的涂层,检测发现热辐射率性能大幅度提高,该产品主要应用于高温炉窑节能、军工等方面。
(包括纳米粉分散技术与工艺),
5、硬质合金中的应用:
具有的高表面活性可以使晶粒以较快速度合并,在使晶粒尺寸增大同时晶粒与晶粒合并的驱动力减小,从而增加晶粒的形成,大大增加了晶粒的数量,达到了晶粒细化的效果。
在合金中形成晶须结构,更加提高合金硬度及韧性。
采用粉末冶金原理和方法
加入纳米TiN可以细化金属晶粒。
在合金中形成晶须结构,提高合金硬度及韧性明显。
6、其他领域的应用:
在纳米复合硬质刀具、高温陶瓷导电材料、耐热耐磨材料、弥散强化材料等。
纳米氮化钛应于PET材料中
纳米氮化钛粉体性能特点
等离子弧气相法生产的纳米氮化钛粉体纯度高,分散性能好,粒径小,比表面积大,表面活性
高,纳米氮化钛粉体对紫外线、可见光、红外线的吸收率都在80%以上。
纳米氮化钛粉体化学性质稳定,
熔点高,具有抗氧化、强度高、硬度高、导热性好等特性。
■^性4能-指标纳米陶瓷粉
纯度
总氧含量
晶型
平均粒度
比表面积
松装密度
外观颜色
纳米TiN
>97.0%
<1.0%
立方结构
14nm
2
80m/g
0.08g/cm
黑色
纳米氮化钛粉体仅需在PET树脂里添加10PPM大幅度提高PET树脂如下性能:
1、使PET树脂从黄色变成天蓝色,从而使PET包装材料视觉效果更好,引起最终消费者的购买欲望。
取代PET中增白剂的用量。
1吨PET添加增白剂的成本为150元左右,添加纳米氮化钛的成本为25元。
在提高材料性能的同时为企业节约了成本。
2、大幅度提高PET树脂包装材料的抗紫外线性能,从而用于食品、药品、化妆品等PET包装领域,大
大提高保质期。
3、大幅度提高PET树脂包装材料的红外线吸收能力,使得PET树脂在吹塑成型时升温更快,吹瓶速度提高10倍以上,大幅度提高生产效率,节省能源。
价格为:
2500元/公斤
我公司已与中国石化仪征化纤股份有限公司、苏州三房巷集团公司和上海金山石化等企业联合开发
高性能PET材料。
目前企业正处实验阶段,实验效果良好。
预计在2个月内综合实验将会获得成功,我
公司在提供高品质产品的同时对产品应用进行了充分的研发和研究工作。
仪征化纤目前主要生产各种
PET,合成能力172万吨/年,主要有短纤维、长丝,各种膜用切片、工业丝用切片、常规涤纶纤维用切片,在瓶用包装方面目前产能是42万吨/年,纳米级氮化钛粉体按10PPM的添加量,年需要纳米级氮化
钛粉体4.2吨。
苏州三房巷集团公司年产聚酯切片与纤维200万吨,其中PET瓶聚酯切片年产50万吨,
按10ppmTiN的加入量,则年需求纳米TiN粉体5吨。
上海金山石化年产聚酯切片与纤维500万吨,其
中PET瓶聚酯切片年产150万吨,按10ppmTiN的加入量,则年需求纳米TiN粉体15吨。
随着产品的应用成功,纳米氮化钛粉体将广泛应用于PET树脂中。
目前国内生产同类产品的企业有
1、远纺工业(上海)有限公司
台湾在大陆投资的企业,在上海的产能情况是合成能力150万吨/年,其中瓶级PET树脂40万吨/年,纳
米级氮化钛粉体按10PPM的添加量,年需要纳米级氮化钛粉体4吨。
2、、常州华润包装材料有限公司
华润集团的下属企业,全部生产瓶级PET树脂,年产量是40万吨,纳米级氮化钛粉体按10PPM的添加量,年需要纳米级氮化钛粉体4吨。
3、珠海裕华聚酯有限公司
年产瓶级PET树脂14万吨,纳米级氮化钛粉体按10PPM的添加量,年需要纳米级氮化钛粉体1.4吨。
4、辽阳石油化学纤维有限公司
中国石油下属企业,年产10万吨瓶级PET树脂,纳米级氮化钛粉体按10PPM的添加量,年需要纳米级氮化钛粉体1吨。
5、四川省宜宾普拉斯包装材料有限公司
五粮液集团下属企业,年产15万吨瓶级PET树脂,纳米级氮化钛粉体按10PPM的添加量,年需要纳米级氮化钛粉体1.5吨。
6、厦门翔鹭化纤股份有限公司
瓶级PET树脂年产5万吨,纳米级氮化钛粉体按10PPM的添加量,年需要纳米级氮化钛粉体0.5吨。
7、广东开平春晖股份有限公司
有24万吨PET生产线能力,目前年产量5万吨,纳米级氮化钛粉体按10PPM的添加量,年需要纳米级氮化钛粉体0.5吨。
8、新疆蓝山屯河聚酯有限公司
外资企业,年产6万吨瓶级PET树脂,另有5万吨PET、PBT工程塑料产能,纳米级氮化钛粉体按10PPM的添加量,年需要纳米级氮化钛粉体0.6吨。
1纳米氮化钛在合金上的应用
1)纳米合金变质剂晶粒细化的机理:
纳米合金变质剂具有高硬度、耐高温、粒度小和分散好的特点。
表面ZETA电
位:
-18.0mV,与金属具有非常优秀的结合力。
在钢水结晶过程中成为晶核相,大大增加成晶数量和减少晶粒尺寸。
达到细化合金晶粒的效果,改善合金性能的目的。
晶粒越细,单位体积内的晶粒界面越多,由于晶界间原子排列比晶粒内部的排列更加紊乱,因而位错密度较高,致使晶界对正常晶格的滑移位错产生缠结,不易穿过晶界继续滑移,变形抗力增大,表现为强度提高。
纳米晶合金打破了常规合金生产中的一些定律,即硬度提高必然伴随韧性下降的结论,
对于小尺寸晶粒,纳米合金变质剂的高表面活性可以使晶粒以较快速度合并,使晶粒尺寸增大和晶粒与晶粒合并的驱动力同时减小。
在合金中形成晶须结构,明显提高合金硬度及韧性。
纳米合金变质剂弥散强化的机理是弥散强化:
一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段。
研究了机械合金化过程中纳米合金变质剂颗粒形貌、尺寸的变化,以
及增强相的含量对复合材料抗拉强度、硬度及显微结构的影响。
结果表明,纳米合金变质剂对于铁是一种有效的增强相,当纳米合金变质剂的质量百分含量为0.1%时,强化效果较佳,抗
拉强度可达495MPa,性能较优。
纳米合金变质剂特点:
大幅度的降低能耗,达到节能的效果;
细化晶粒,增强合金的韧性和硬度
减少一定的稀贵金属用量。
(例:
铬,钼,镍,钒等)
合金中形成晶须结构,明显增加合金韧性
能在不增加生产成本情况下同时大幅度提高的产品性能
2)项目实验性能性能指标及金相图:
合肥水泥研究设计院设备及金属材料工程公司
宁国东盛耐磨材料有限公司
铜陵有色金神耐磨材料有限责任公司
铜陵市明诚铸造有限责任公司
合肥水泥研究设计院
鞍山永信耐磨合金铸件有限公司
山西中条山建筑有限公司机电设备制造安装分公司
上海海军厂慈溪钢厂
上海东佳铸锻厂
徐州中通机械公司
综合上述公司的前期的试验结果显示,纳米合金变质剂对于铁是一种有效的增强相,各项指标普遍都提高了三度以上。
据了解目前这些企业中绝大部分已经进入中试,距大规模的应用也只是时间长短的问题。
纳米合金变质剂在钢铁中的应用简介
ZETA电位:
-18.0mV,与金属
纳米合金变质剂晶粒细化的机理
纳米合金变质剂具有高硬度、耐高温、粒度小和分散好的特点。
表面具有非常优秀的结合力。
在钢水结晶过程中成为晶核相,大大增加成晶数量和减少晶粒尺寸。
达到细化合金晶粒的效果,改善合金性能的目的。
晶粒越细,单位体积内的晶粒界面越多,由于晶界间原子排列比晶粒内部的排列更加紊乱,因而位错密度较高,致使晶界对正常晶格的滑移位错产生缠结,不易穿过晶界继续滑移,变形抗力增大,表现为强度提高。
纳米晶合金打破了常规合金生产中的一些定律,即硬度提高必然伴随韧性下降的结论,对于小尺寸晶粒,纳米合金变质剂的高表面活性可以使晶粒以较快速度合并,使晶粒尺寸增大和晶粒与晶粒合并的驱动力同时减小。
在合金中形成晶须结构,明显提高合金硬度及韧性。
纳米合金变质剂弥散强化的机理
弥散强化:
一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段
研究了机械合金化过程中纳米合金变质剂颗粒形貌、尺寸的变化,以及增强相的含量对复合材料抗拉强
度、硬度及显微结构的影响。
结果表明,纳米合金变质剂对于铁是一种有效的增强相,当纳米合金变质剂
的质量百分含量为0.1%时,强化效果较佳,抗拉强度可达495MPa,性能较优。
纳米合金变质剂晶特点:
1、细化晶粒,增强合金的韧性和硬度
2、减少一定的稀贵金属用量。
(例:
铬,钼,镍,钒等)
3、合金中形成晶须结构,明显增加合金韧性
性能指标及金相图:
板锤(高铬,添加量为450公斤加入50克)
炉号
合金铸态硬度
原始产品铸态
合金淬火硬度
原始淬火硬
(HRC)
硬度(HRC))
(HRC)
度(HRC)
09031B1
52.1
48
59.2
56
09031B2
51.3
48
59.1
56
09031B3
51.1
48
59.5
56
09031B4
51.3
48
59.5
56
2、
Cr26(锰钢系列、空白样)
Cr26(加变质剂)
试验表明:
晶枝明显打断,晶粒达到细化效果。
3低铬磨球
钢液的化学成分表
C%
S%
Si%
Mn%
P%
Cr%
2.74
0.067
0.69
0.77
0.057
3.65
钢液重量为840Kg,加入纳米合金变质剂量为120g,为万分之一点四
项目
浇注温度
浇注时间
取样时间
硬度(HRC)
冲击功(J)
C11
1430C
11:
02
11:
10
5151.5
3
C%
S%
Si%
Mn%
P%
Cr%
2.45
0.179
0.69
0.64
0.055
1.62
C12
53.552
3.5
C13
51.551
3.5
C14
5353.5
3
同一炉钢水,没有加纳米合金变质剂
项目
浇注温度
浇注时间
取样时间
硬度(HRC)
冲击功(J)
C21
1424C
11:
10
11:
16
48.549
1.5
C22
4949
2
C23
47.548
1.5
C24
4948
1.5
钢液的化学成分表
钢液重量为840Kg,加入纳米合金变质剂量为120g,为万分之一点四
项目
浇注温度
浇注时间
取样时间
硬度(HRC)
冲击功(J)
D11
1448C
11:
30
11:
44
5049
3.5
D12
50.550
3.5
D13
49.549.5
3.5
同一炉钢水,没有加纳米合金变质剂
项目
浇注温度
浇注时间
取样时间
硬度(HRC)
冲击功(J)
D21
1460C
11:
39
11:
52
45.545.5
2
D22
46.546
2
D23
4645
1.5
D24
4544
1.5
综上所述纳米合金变质剂使合金的各项力学性能同时得到提高。
此项工艺技术可广泛应用于金属冶
炼、陶瓷烧结、粉末冶金等行业,在为企业节约大量的成本同时也提高产品的品质,所产生的经济和社
会效益将非常可观。
建议添加工艺:
1、冲包法2、插包法3、射入法
注意事项:
1、纳米粉体在钢水中被氧化
2、纳米粉体在钢水中分散的均匀性
3、纳米粉体在钢水中的平衡反应
不同的应用企业有着不同的添加工艺(建议1000公斤的原料添加量为150克)。
此添加量为参考性意见,各企业可根据现有工艺进行调整,以其达到最佳添加工艺。
合肥开尔纳米技术发展有限责任公司
2009-4-20
纳米合金变质剂产品使用说明及使用方法
产品原理:
利用纳米颗粒的晶粒细化及弥散强化的作用,提高合金的成晶数量,成为合金中的增强相,使合金各项力学性能同时达到提高。
产品介绍:
产品用于合金,经充分分散后。
可以显著提高合金的硬度、韧性和抗拉强度等性能。
使用效果:
在添加万之一质量比的情况下,合金硬度提高3度以上(洛氏硬度),冲击韧性提高
2.5焦/平方厘米以上。
包装说明:
分为净含量30克的铁管包装
添加工艺及要求:
该产品使用方法简单,无需添加任何设备。
(1)成分设计及加入量:
在原来成分的基础上,不改变其他组元,加入适当的纳米合金变质剂
(2)加料:
将纳米合金变质剂按一定比例放入钢包中
(3)冲包:
将熔炼好的钢水倒入钢包中
(4)浇铸:
钢水到达温度后即可进行浇铸。
(5)成型产品
不同的应用企业有着不同的添加工艺(建议1000公斤的原料添加量为100克)。
此添加量为参考性
意见,各企业可根据现有工艺进行调整,以其达到最佳添加工艺。
纳米合金变质剂销售可行性分析
目前我国高技术含量和高附加值的优特钢钢材还不能满足国内市场的需求,产品结构不
够合理;具体分析我国优特钢品种中29.4%是以优质碳结钢为代表的低端产品,64.4%为以合金结钢为代表的中端产品,而以不锈钢冷轧薄板和合金工模具钢为代表的高端产品仅占6.2%(日本优特钢产品结构为高端产品25%,中端产品占51%,低端产品占24%)。
我国工业化进程中,特别是国民经济传统产业的现代化升级、新兴高新技术产业以及国防现代化建设的发展,有力拉动2008年中国优特钢生产和消费数量增长,同时对特钢传统材料质量提升、更新换代以有品种结构等,不断提出更新、更高要求。
由于机械、汽车、电子通讯等高增长产业群拉动优特钢材料费,2004年28家主要优特钢生产企业生产优特钢粗钢总产量3.8千万吨以上,占全国粗钢总量14.147%,其中非合金钢总量为1.7千万吨以上,低合金钢产量1.06千万吨以上,合金钢产量916万吨以上。
2008年特钢协会成员优特
钢增幅22%,合金钢增幅16.5%
公司产品新领域的应用实现传统钢铁材料性能的全面升级符合社会可持续发展战略,组织超细化是同时提高钢铁材料强度和韧性的最佳强化机制。
大量研究成果表明不同的晶粒细化工艺可使钢铁材料组织细化到微米级,亚微米级和纳米级,使得传统钢铁材料的综合力学性能得到大幅度提高。
晶粒细化能使金属材料在低温下表现出较高的强度,实现钢铁材料的晶粒细化最根本的条件是获得足够高的晶核形核率和较低的晶粒长大速度。
材料从传统的细晶(10um或稍大)细化到1um,其强度可提高一倍以上,并使钢的韧脆转变温度下降到-200E以下,显著改善钢的韧性。
从供给看,近几年我国钢铁工业的快速发展,使其产能大大提高,2008年9月份钢的日产量已达到相当于年产钢5.2亿吨的水平。
同时,淘汰落后产能尽管取得了阶段性成果,但是难度依然很大,许多企业采取“关小上大”的策略,使全行业产能继续扩张,供大于求的矛盾没有从根本上解决。
从需求看,2008年我国国民经济将继续保持快速发展,世界经济总体仍处于较好发展阶段,因此对钢铁产品依然保持着一定的刚性需求。
但是,国家抑制钢铁产品出口过快增长的政策效应将进一步显现,国内钢材市场总量平衡依靠大量出口的局面将会有所改变。
出口需求的减弱,钢铁产品的回流,将会对国内钢材市场形成较大压力。
从成本看,铁矿石、海运费、能源价格将继续上涨,资源环境成本也将逐步纳入企业生产成本,都将使整个钢铁工业成本上升的压力加大。
随着目前普通钢材的饱和,对于特种钢材的需求量越来越大。
我国高技术含量和高附加值的优特钢钢材还不能满足国内市场的需求,发达国家特种钢材为钢产量的25-30%,国内目前的产量为10%,所以特种钢材市场前景巨大。
长期以来,我国除株洲、自贡两大硬质合金企业外,其它硬质合金企业规模均较小。
几百家硬质合金企业中,规模上百吨的不足30家。
2005年,一些企业抓住机遇发展迅速,有的企业产量已逼近500t,甚至千吨,可以预计一二年内我国除株洲、自贡外,将出现新的千吨级以上硬质合金大厂,500t以上产量的硬质合金企业将新增3至5家。
与此同时,一些经营不善、技术落后、资源问题处理不好的企业将有可能难以维持生计,甚至倒闭。
当然也有一些面临困难的企业,通过总结经验,扬长避短,走精品发展之路,通过产品结构调整、企业重组等措施走出困境,获得重生。
以上情况都说明硬质合金企业格局变化仍将继续,这种变化影响的主流是积极的,必将加快我国硬质合金工业朝着质量优良、品种齐
全、深度加工的正确方向发展,使我国以更大的步伐,由硬质合金大国迈向硬质合金强国。
宁国地区为国内最大的耐磨球生产集中地,通过于企业的沟通及市场分析。
目前企业存在产品无法升级,国外定单无法供应的问题。
根据实验表明我公司产品在显著提高耐磨球产品的性能指标的同时降低企业的生产成本,市场潜力巨大。
该地区拥有企业109家,
年产80万吨占整个国内市场20%的分额。
目前已经联系客户占该地区的80%,客户使用情况良好。
预计在今年下半年将拥有1-5%的使用率。
按万分之一的添加量预计我司在下半年的产品销售为2吨。
伴随着市场进一步开发,宁国地区的未来四年的年销售量预计为2010
年产品销售量为10吨,2011年产品销售量为30吨,2012年产品销售量为50吨,2013年产品销售量为70吨。
合肥地区为主要的导位生产集中地,目前企业都存在产品使用寿命短,耐急冷急热性能差的缺点。
根据实验表明我公司产品在显著提高产品的性能指标的同时降低企业的生产成本,市场潜力巨大。
该地区拥有相关企业为20多家,年产5万吨。
目前已经联系客户占该地区的80%,客户使用情况良好。
预计在今年下半年将拥有1-5%的使用率。
按万分之一
的添加量预计我司在下半年的产品销售为25-125公斤,产值为6.25-31.25万元。
同时合肥地区处于具有一定的地缘优势,所以将会在导位市场起到领头军的作用,拉动本行业技术的革新和升级,保守估计合肥地区未来四年销量为2010年产品销售量为1吨,2011年产品销售量为1.5吨,2012年产品销售量为2吨,2013年产品销售量为6吨。
辽宁省鞍山是东北地区最大的钢铁工业城市,中国第一钢铁工业城市,有“共和国钢都”的美誉,是新中国钢铁工业的摇篮。
钢铁工业分布在黑色金属冶炼及压延加工业行业大类中,主要从事粗钢、生铁、钢材等产品的生产。
2008年末,全市钢铁工业企业共有200户,从业人员达14.6万人,占全市工业的比重分别为4.0%和39.8%;完成工业总产值522.5亿元,完成工业增加值267.9亿元,占全市工业的比重分别为62.5%和76.9%产品销售收入585.9亿元,拥有资产总计789.2亿元,占全市工业的比重分别达62.4%和66.3%。
从规模构成上来看,规模以上钢铁工业企业占有绝对优势,主要总量指标所占比重均超过了九成。
2008年末,规模以上钢铁工业企业
共有86户,从业人员达14.5万人,占全部钢铁工业的比重分别为43.0%和98.8%;完成工
业总产值520.7亿元,完成工业增加值267.5亿元,占全部钢铁工业的比重分别为99.7%和99.9%产品销售收入584.2亿元,拥有资产总计779.5亿元,占全部钢铁工业的比重分别达99.7%和98.8%。
工业生产快速增长,2008年规模以上钢铁工业增加值比2004年增长2.36
倍,年均递增35.4%;经济效益大幅提高,销售收入比2004年增长1.53倍,年均递增26.1%;资产状况良好,资产总量比2000年增长7.4%,年均递增1.8%。
但目前产品与国内同类产品相比没有明显优势,价格竞争较为激烈。
产品面临更新换代,市场挑战和机遇并存,企业急切寻找新的配方与工艺。
根据实验表明我公司产品可以显著提高产品的性能指标市场潜力巨大。
纳米氮化钛在PET工程塑料(PET瓶)上应用
纳米纳米氮化钛粉体用在热塑性工程塑料如PET,PA等等,可以当做结晶成核剂使用。
若将纳米氮化钛分散与乙二醇中,通过聚合的方式使纳米氮化钛更好的分散与PET工程塑
料中,可以大大加快PET工程塑料的结晶速率,使其成型简单,扩大PET工程塑料的应用范围。
PET啤酒瓶使
同时数目众多的纳米氮化钛颗粒弥散与PET中,由于纳米效应可以
PET工程塑料的耐磨性能,抗冲击性能得到很大幅度的提高。
将
Nano-TiN
与PET树脂复合形成复合材料,这些纳米粒子能够阻塞分子间隙,使气体难以扩散渗透,从而提高了PET树脂瓶的阻隔性。
由于加入的纳米材料数量非常少,这种材料可以在现有的各种制瓶机上直接应用,不需要更新设备。
产品保持PET瓶无色透明的外观,其阻隔性能提高10倍以上,
PET改性粒料
添加比例仅为千分之一
经研究发现采用原位聚合的方法把氮化钛纳米粒子均匀地分散到聚酯的基体中。
当氮化钛的添加量在1%-10%含量时,可以制备出导电/抗静电功能纳米复合聚酯,并进一步通过纺丝制得导电/抗静电的聚酯纤维。
当氮化钛的添加量在1%以下时,可以制得工程级聚酯。
纳米氮化钛在新型节能玻璃涂料上的应用
纳米氮化钛做为涂料,涂布在玻璃上,制备的TiN薄膜厚度为500nm,具有NaCI型面心立方结构并表现出(200)晶面的择优取向,薄膜的晶粒大小分布均匀。
在可见光区的透射率达到60%,反射率小于10%。
在近红外光
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