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最近，中國科學院上海光學精密機械研究所超強激光科學與技術全國重點實驗室研究團隊與挪威北極大學UiT合作，在高密度聚乙烯（HDPE）激光誘導下發生鍵斷裂方面取得新進展。研究成果以“Investigating laser-induced bond breaking in highdensity polyethylene pyrolysis”為題發表于RSC Advances。

以往大多數激光與塑料相互作用的研究集中于元素檢測和傳統應用。前期工作中，團隊提出了利用強激光實現塑料裂解的方案構想并開展了初步的實驗研究。(Sustainable Materials Technologies 41,e01074 (2024); Adv. Mat. Inter. 2500138 (2025))。

在這項工作中，研究人員采用了三種激光諧波，即1064 nm、532 nm和266 nm，以探究不同激光參數對高密度聚乙烯（HDPE）鍵斷裂的影響，并確定引發化學反應所需的能量閾值。研究結果顯示，在HDPE中引發反應所需的閾值脈沖能量隨波長顯著變化：1064 nm時為5-10 mJ，532 nm時為3-5 mJ，266 nm時為1-3 mJ。這種變化歸因于與各波長相關的不同光子能量，例如，1064 nm時約為1.17 eV，266 nm時約為4.66 eV這直接影響它們斷裂特定分子鍵的能力，如圖1(a)所示。這些結果證實，在激光誘導熱解的背景下，每種激光波長都需要不同的閾值能量來斷裂HDPE鍵。整體等離子體診斷結果表明，在鍵斷裂過程中能量傳遞效率較高，且其他參數也支持這一觀點，如下圖1(b)所示。燒蝕部位的顯微成像進一步證實，266 nm 輻照下實現了局部、干凈的燒蝕，而 1064 nm 和 532 nm 激光下觀察到的損傷則更為廣泛且模糊，如下圖1(c)所示。本研究為激光熱解實現可持續塑料回收開辟了新途徑，有望實現更清潔、更精確的處理工藝。

本研究工作得到NSAF聯合基金、上海市科技計劃、中國科學院國際合作項目以及中國國家留學基金委（CSC）國際學生獎學金的資助。

原文鏈接

圖 1. a) 各諧波下激光誘導的 HDPE 鍵斷裂光譜，b) 等離子體參數的影響，c) 燒蝕樣品的光學顯微圖像