基于分形理论的多孔材料设计及表征研究进展

薛新，葛绍祥，魏雨函，廖娟（福州大学 机械工程及自动化学院）

摘要：多孔材料内部空腔的复杂性、孔隙分布的随机性以及孔径的多尺度性对孔隙细观结构的定量表征带来困难。分形理论因其在表征复杂结构自相似性和多尺度性方面的独特优势，近年受到广泛关注。本文综述了分形理论在多孔材料领域的研究发展历程，分析了不同尺度下多孔材料单一和多重分形特征的提取与表征方法，对基于多重分形优化的先进工程材料应用案例进行了归纳，重点讨论了分形理论在多孔材料力学性能、传热性能和渗透性能表征研究中的进展，指出基于分形理论指导多孔材料优化设计及性能表征过程中，主要存在细观结构-宏观多功能特性之间的关联物理机制不明确、预测/优化模型算法效率和精度低的问题，对分形理论在多孔材料未来的研究发展和潜在的工程应用前景，如考虑跨尺度效应、多物理场耦合分析、机器学习优化策略等进行了展望。

关键词：多孔材料；分形维数；特征提取；分形结构设计；多功能特性