上海光机所在不同激光谐波裂解HDPE方面取得新进展

图 1. a) 各谐波下激光诱导的 HDPE 键断裂光谱，b) 等离子体参数的影响，c) 烧蚀样品的光学显微图像

最近，中国科学院上海光学精密机械研究所超强激光科学与技术全国重点实验室研究团队与挪威北极大学UiT合作，在高密度聚乙烯(HDPE)激光诱导下发生键断裂方面取得新进展。研究成果以“Investigating laser-induced bond breaking in highdensity polyethylene pyrolysis”为题发表于RSC Advances。

以往大多数激光与塑料相互作用的研究集中于元素检测和传统应用。前期工作中，团队提出了利用强激光实现塑料裂解的方案构想并开展了初步的实验研究。(Sustainable Materials Technologies 41,e01074 (2024); Adv. Mat. Inter. 2500138 (2025))。

在这项工作中，研究人员采用了三种激光谐波，即1064 nm、532 nm和266 nm，以探究不同激光参数对高密度聚乙烯(HDPE)键断裂的影响，并确定引发化学反应所需的能量阈值。研究结果显示，在HDPE中引发反应所需的阈值脉冲能量随波长显著变化：1064 nm时为5-10 mJ，532 nm时为3-5 mJ，266 nm时为1-3 mJ。这种变化归因于与各波长相关的不同光子能量，例如，1064 nm时约为1.17 eV，266 nm时约为4.66 eV这直接影响它们断裂特定分子键的能力，如图1(a)所示。这些结果证实，在激光诱导热解的背景下，每种激光波长都需要不同的阈值能量来断裂HDPE键。整体等离子体诊断结果表明，在键断裂过程中能量传递效率较高，且其他参数也支持这一观点，如下图1(b)所示。烧蚀部位的显微成像进一步证实，266 nm 辐照下实现了局部、干净的烧蚀，而 1064 nm 和 532 nm 激光下观察到的损伤则更为广泛且模糊，如下图1(c)所示。本研究为激光热解实现可持续塑料回收开辟了新途径，有望实现更清洁、更精确的处理工艺。

本研究工作得到NSAF联合基金、上海市科技计划、中国科学院国际合作项目以及中国国家留学基金委(CSC)国际学生奖学金的资助。

审核编辑 黄宇