Прогресс в области лазерного гармонического разложения HDPE, достигнутый Шанхайским институтом оптики и точной механики (SIOM) 

(1. a) Спектры разрыва связей HDPE под воздействием лазера при различных гармониках; (b) Влияние параметров плазмы; c) Оптические микроскопические изображения абляционных участков

Недавно команда исследователей из Национальной ключевой лаборатории науки и технологии сверхсильных лазеров Шанхайского института оптики и точной механики (SIOM) Китайской академии наук совместно с Университетом Арктики в Норвегии (UiT) достигла нового прогресса в изучении лазер-индуцированного разрыва связей в высокоплотном полиэтилене (HDPE). Результаты исследования опубликованы в RSC Advances под названием “Investigating laser-induced bond breaking in high-density polyethylene pyrolysis”.

Большинство предыдущих исследований взаимодействия лазера с пластиком фокусировались на анализе элементов и традиционных применениях. В своих ранних работах команда предложила концепцию использования мощного лазера для разложения пластика и провела предварительные эксперименты (Sustainable Materials Technologies 41, e01074 (2024); Adv. Mat. Inter. 2500138 (2025)).

В этом исследовании ученые использовали три лазерные гармоники: 1064 нм, 532 нм и 266 нм, чтобы изучить влияние различных параметров лазера на разрыв связей в HDPE и определить пороговую энергию, необходимую для запуска химической реакции. Результаты показали, что пороговая энергия импульса, необходимая для реакции, значительно изменяется в зависимости от длины волны:

1064 нм: 5–10 мДж

532 нм: 3–5 мДж

266 нм: 1–3 мДж

Эти различия объясняются различной энергией фотонов при каждой длине волны (≈1.17 эВ для 1064 нм, ≈4.66 эВ для 266 нм), что напрямую влияет на способность разрывать определённые молекулярные связи, как показано на рис. 1(a).

Диагностика плазмы показала высокую эффективность передачи энергии в процессе разрыва связей, поддерживая выводы о влиянии других параметров (рис. 1(b)). Микроскопическое изображение абляционных участков подтверждает, что облучение 266 нм обеспечивает локальную и чистую абляцию, тогда как при 1064 нм и 532 нм наблюдаются более обширные и размазанные повреждения (рис. 1(c)).

Данное исследование открывает новые пути для реализации устойчивой переработки пластика с помощью лазерной пиролизной обработки и обеспечивает возможности для более чистых и точных технологических процессов.

Финансирование: Исследование поддержано совместным фондом NSAF, Шанхайской программой науки и технологий, международными проектами Китайской академии наук и стипендией CSC для иностранных студентов.