近日，中国科学院上海光学精密机械研究所（简称“上海光机所”）与挪威北极大学（UiT）合作，在高密度聚乙烯（HDPE）的强激光裂解研究方面取得突破性进展。该成果以《Laser-Induced Plasma Effects on Bond Breaking in High-Density Polyethylene Pyrolysis》为题发表于国际知名期刊《Advanced Materials Interfaces》，标志着我国在激光处理塑料废弃物领域的前沿技术迈上新台阶。
塑料污染治理亟需新技术
随着全球塑料产量持续增长，塑料废弃物造成的环境污染问题日益严峻。其中，高密度聚乙烯（HDPE）作为广泛用于包装、容器和管道等领域的通用塑料之一，因其化学结构稳定、难以自然降解，成为固废处理中的难题。传统的热解或化学裂解方法存在能耗高、副产物复杂等问题，亟需发展绿色高效的新技术路径。
强激光实现分子键高效断裂
本项研究中，科研团队采用纳秒级强激光脉冲对HDPE材料进行照射，成功实现了对其分子链中C-C键（碳-碳键）和C-H键（碳-氢键）的高效断裂。研究人员使用了三种不同波长的激光谐波——1064 nm（1.17 eV）、532 nm（2.34 eV）和266 nm（4.6 eV），并系统分析了它们在引发分子键断裂过程中的物理机制。
实验表明，HDPE中C-C键和C-H键的键能分别为3.6 eV和4.2 eV，而其电离势约为8–10 eV。因此，266 nm激光因具备更高的单光子能量，能够通过多光子吸收机制直接激发并打断这些化学键，从而产生大量自由基中间体；而1064 nm和532 nm激光则主要依赖雪崩电离效应间接引发键断裂。
揭示自由基行为与荧光信号特征
研究团队进一步观测到，裂解过程中生成的自由基在重组时会发射特定波长的荧光信号。例如，C-C键断裂后的自由基在500 nm处发出荧光，C-H键在432.3 nm，C-N键在386.1 nm，而氢原子的Hα线出现在656.3 nm。这些荧光特征不仅为识别键断裂提供了实时监测手段，也为理解反应动力学提供了关键依据。
结果显示，266 nm激光在所有测试条件下表现出最高的键断裂效率，为后续优化激光裂解装置提供了理论支撑。
推动绿色低碳塑料回收技术发展
此次研究首次系统揭示了激光场作用下HDPE分子键断裂的微观机制，特别是在等离子体形成、自由基生成及重组路径等方面取得了原创性认识。这不仅拓展了激光诱导击穿光谱（LIBS）技术的应用边界，也为未来开发基于激光的塑料回收系统提供了科学基础和技术路线。
多方资助助力国际合作
本研究得到了国家自然科学基金委员会与中物院联合设立的NSAF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）国际学生奖学金的大力支持。同时，与挪威北极大学的深入合作，也体现了我国在应对全球环境挑战中积极推动国际科技协作的战略方向。
从实验室走向应用前景可期
随着环保要求日益严格和资源循环利用理念深入人心，基于强激光的新型塑料裂解技术有望在未来实现工程化应用。这一研究成果不仅为解决“白色污染”问题提供了全新思路，也为我国在绿色制造和低碳技术领域抢占先机奠定了坚实基础。
