在材料干燥領(lǐng)域，激光干燥技術(shù)憑借獨(dú)特的本領(lǐng)，為材料快速去除溶劑帶來了全新的解決方案。它利用激光高能量密度、良好方向性和可控性的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高效干燥。
一、基本原理：激光與分子的 “默契配合”
1. 能量選擇性吸收
激光干燥的核心原理是當(dāng)激光發(fā)射的頻率（或者說波長(zhǎng)），剛好與溶劑分子自身的固有振動(dòng)頻率匹配時(shí)，激光光子攜帶的能量會(huì)被溶劑分子精準(zhǔn) “捕獲”。吸收了能量的溶劑分子開始劇烈振動(dòng)，分子間不斷摩擦產(chǎn)生熱量，讓溶劑的溫度快速升高，直至達(dá)到沸點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)干燥。
以水為例，它對(duì)特定波長(zhǎng)的激光吸收率特別高，比如波長(zhǎng)為 2.94μm 的激光，剛好對(duì)應(yīng)水的 OH 鍵振動(dòng)頻率，就很容易被水分子吸收。而很多物料的基材對(duì)這種波長(zhǎng)的激光吸收很少，這就使得激光能夠 “選擇性” 地加熱溶劑，避免對(duì)基材造成過多影響，精準(zhǔn)地完成干燥任務(wù)。
2. 熱擴(kuò)散與濕擴(kuò)散協(xié)同
在激光干燥過程中，一方面是熱擴(kuò)散，物料表面的溶劑先蒸發(fā)，蒸發(fā)過程需要吸收熱量，這就導(dǎo)致物料內(nèi)部的溫度比表面高，熱量自然就會(huì)從溫度高的內(nèi)部向溫度低的表面?zhèn)鬟f。另一方面是濕擴(kuò)散，由于物料內(nèi)部溶劑濃度高，表面溶劑濃度低，溶劑分子會(huì)因?yàn)闈舛炔町?，從?nèi)部向表面遷移。熱擴(kuò)散和濕擴(kuò)散的方向是一致的，它們相互配合，形成了 “內(nèi)熱外遷” 的協(xié)同效應(yīng)，大大加快了干燥的速度。
二、技術(shù)優(yōu)勢(shì)與局限
優(yōu)勢(shì)：精準(zhǔn)、快速又節(jié)能的 “干燥高手”
激光干燥技術(shù)的優(yōu)勢(shì)非常突出。激光空間分辨率高，光斑尺寸可以小到毫米級(jí)，比如 VCSEL 激光器。這使得它能夠?qū)崿F(xiàn)局部干燥，在一些對(duì)精度要求極高的場(chǎng)景大顯身手，像 PCB 板焊點(diǎn)處理，只需要對(duì)焊點(diǎn)部分進(jìn)行干燥，其他地方不受影響。而且激光的穿透性很強(qiáng)，能夠同時(shí)加熱涂層的內(nèi)外部分，避免了傳統(tǒng)干燥方式容易出現(xiàn)的表面過干或開裂問題。
在時(shí)間控制上，激光干燥也表現(xiàn)出色。脈沖激光能夠?qū)崿F(xiàn)瞬態(tài)加熱，加熱時(shí)間可以短到納秒級(jí)，產(chǎn)生的熱損傷層甚至小于 1μm，快速完成干燥的同時(shí)，把對(duì)材料的影響降到最低。
從能量效率來看，傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥效率通常不到 30%，而激光干燥通過定向加熱，效率可以超過 60%，大大節(jié)省了能源。
局限：成本與材料適配的難題
激光干燥技術(shù)成本相對(duì)較高，高功率激光器價(jià)格昂貴，比如一臺(tái) 2kW 的光纖激光器，價(jià)格幾萬美元，而且維護(hù)起來也很復(fù)雜，需要專業(yè)的技術(shù)人員和設(shè)備。雖然新型的 VCSEL 激光器在維護(hù)成本上有了明顯下降，但整體成本依然是限制其大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)因素。
在材料適配性方面也存在挑戰(zhàn)。對(duì)于透明材料，比如玻璃，激光很難被吸收，需要通過摻雜吸收劑或者對(duì)表面進(jìn)行改性處理，才能讓激光發(fā)揮作用。而且不同溶劑對(duì)激光的吸收情況不一樣，每種溶劑都有自己的吸收峰，這就要求激光的波長(zhǎng)能夠根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整，比如使用 VCSEL 激光器時(shí)，需要精確匹配特定的光斑長(zhǎng)度和功率密度，才能達(dá)到理想的干燥效果。
三、前沿應(yīng)用場(chǎng)景
激光干燥技術(shù)正快速向工業(yè)領(lǐng)域的滲透。據(jù) Market sand Markets 的數(shù)據(jù)顯示，2023 年全球激光干燥技術(shù)市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到 12 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá) 18.7%，在很多高附加值領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
在鋰電池制造領(lǐng)域，激光干燥技術(shù)大顯身手。比如檸檬光子的 VCSEL 激光干燥技術(shù)，在鋰電池電極涂層干燥上表現(xiàn)出色，干燥速度超過 10m/min，而且還能精確控制電極涂層的孔隙率，提升電池的性能。在隔膜干燥環(huán)節(jié)，激光干燥可以快速去除灌漿后殘留的溶劑，大大縮短了生產(chǎn)周期。
在粉末涂層固化方面，激光干燥也展現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。它能夠穿透涂層實(shí)現(xiàn)體積加熱，把原本需要幾分鐘的固化時(shí)間縮短到幾秒，對(duì)于聚合物、木材等對(duì)溫度比較敏感的材料，這種快速又溫和的干燥方式特別適用。
在半導(dǎo)體加工領(lǐng)域，激光干燥技術(shù)可以用于晶圓退火、錫焊預(yù)熱等工藝；在印刷與涂料行業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)油墨快速固化、保護(hù)膜快速成型；在 3D 打印后處理中，還可以選擇性干燥光固化樹脂，減少層間應(yīng)力，讓打印出來的產(chǎn)品更加堅(jiān)固耐用，殘余應(yīng)力降低。
激光干燥技術(shù)憑借激光與溶劑分子的共振效應(yīng)，結(jié)合熱濕擴(kuò)散協(xié)同機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了高效、均勻、節(jié)能的干燥過程。在電池制造、粉末涂層等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，讓我們看到了它替代傳統(tǒng)干燥技術(shù)的巨大潛力。雖然目前還面臨著材料適配性和成本等問題，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，相信在未來，激光干燥技術(shù)會(huì)走進(jìn)更多的領(lǐng)域，為材料干燥帶來更多驚喜。
