具有有限跨度一维和二维分支的梳状结构中沿主干的有效扩散

在生物组织或多孔材料等复杂非均匀介质中的扩散，通常涉及在曲折结构和“粘性”环境中的受限位移。因此，扩散粒子同时受到熵（排除体积）力和复杂能量景观的影响。在这种情况下，可以通过有效扩散系数来描述输运。本文研究了具有有限长度一维和有限面积二维分支的梳状结构，这些分支充当纯扩散陷阱。我们发现，二维分支存在一个临界宽度，超过该宽度时，沿主干的有效扩散比等效排列的一维分支更快。此外，我们证明，只要根据结构参数识别出正确的标度变量，一维和二维分支的有效扩散系数都可以用一个通用的解析形式来描述。有趣的是，该公式对应于在具有快速可逆吸附的介质中扩散的众所周知的普遍情况。最后，我们证明同一公式描述了存在稀薄势能陷阱（例如，通过方势阱景观）时的扩散。虽然扩散最终总是微观相互作用（与流体中的粒子、其他溶质和环境）的结果，但有效表示通常具有很大的实际用途。本文报告的结果有助于阐明复杂介质中扩散的整体、集成描述的微观起源和适用性。