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空间双稳性:复杂动力学的一个来源。从时空反应扩散模式到化学机械结构。

Spatial bistability: a source of complex dynamics. From spatiotemporal reaction-diffusion patterns to chemomechanical structures.

作者信息

Boissonade J, De Kepper P, Gauffre F, Szalai I

机构信息

Centre de Recherche Paul Pascal (CNRS), 115 av. Dr. A. Schweitzer, F-33600, Pessac, France.

出版信息

Chaos. 2006 Sep;16(3):037110. doi: 10.1063/1.2339223.

DOI:10.1063/1.2339223
PMID:17014244
Abstract

We show experimentally and theoretically that reaction systems characterized by a slow induction period followed by a fast evolution to equilibrium can readily generate "spatial bistability" when operated in thin gel reactors diffusively fed from one side. This phenomenon which corresponds to the coexistence of two different stable steady states, not breaking the symmetry of the boundary conditions, can be at the origin of diverse reaction-diffusion instabilities. Using different chemical reactions, we show how stationary pulses, labyrinthine patterns or spatiotemporal oscillations can be generated. Beyond simple reaction-diffusion instabilities, we also demonstrate that the cross coupling of spatial bistability with the size responsiveness of a chemosensitive gel can give rise to autonomous spatiotemporal shape patterns, referred to as chemomechanical structures.

摘要

我们通过实验和理论证明,以缓慢诱导期后快速演变为平衡为特征的反应体系,在从一侧进行扩散进料的薄凝胶反应器中运行时,很容易产生“空间双稳性”。这种现象对应于两种不同稳定稳态的共存,且不破坏边界条件的对称性,它可能是多种反应 - 扩散不稳定性的起源。通过使用不同的化学反应,我们展示了如何产生稳态脉冲、迷宫图案或时空振荡。除了简单的反应 - 扩散不稳定性之外,我们还证明了空间双稳性与化学敏感凝胶的尺寸响应性的交叉耦合能够产生自主的时空形状图案,即化学机械结构。

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