耦合扩散下的表面生长动力学与普适生长路径的出现

表面生长，通过物体边界上物质的结合或解离发生，在自然和工程系统中普遍存在。它是生物材料从单细胞水平开始生长的基本机制，并日益应用于制造和自组装的工程过程中。描述此类过程动力学的显著复杂性源于它们与维持生长所需的扩散组分之间固有的耦合相互作用，以及局部应力对生长速率的影响。此外，物体内部由扩散引起的溶剂浓度变化会影响体积变化，从而导致额外的相互作用生长机制。在本文中，我们提出了一个通用理论框架，该框架捕捉了这些复杂性，以描述表面生长动力学并考虑耦合扩散。然后，通过将解析和数值工具应用于简单的生长几何形状，我们表明此类生长过程的演化快速趋向于一条独立于初始条件的普适路径。在这条路径上，表面生长机制和扩散协调作用，可以扩展用于解析地描绘物体从起始到踏车态（即物质的增加和移除达到平衡）的演化。