Yielding of the particulate network in colloidal gels under applied deformation is accompanied by various microstructural changes, including rearrangement, bond rupture, anisotropy, and reformation of secondary structures. While much work has been done to understand the physical underpinnings of yielding in colloidal gels, its topological origins remain poorly understood. Here, employing a series of tools from network science, we characterize the bonds using their orientation and network centrality. We find that bonds with higher centralities in the network are ruptured the most at all applied deformation rates. This suggests that a network analysis of the particulate structure can be used to predict the failure points in colloidal gels a priori.

1.
Y.
Lu
,
R.
Ganguli
,
C. A.
Drewien
,
M. T.
Anderson
,
C. J.
Brinker
,
W.
Gong
,
Y.
Guo
,
H.
Soyez
,
B.
Dunn
,
M. H.
Huang
, and
J. I.
Zink
,
Nature
389
,
364
(
1997
).
2.
J. L.
Drury
and
D. J.
Mooney
,
Biomaterials
24
,
4337
(
2003
).
3.
B. J.
Landrum
,
W. B.
Russel
, and
R. N.
Zia
,
J. Rheol.
60
,
783
(
2016
).
4.
K. A.
Whitaker
,
Z.
Varga
,
L. C.
Hsiao
,
M. J.
Solomon
,
J. W.
Swan
, and
E. M.
Furst
,
Nat. Commun.
10
,
2237
(
2019
).
5.
D.
Bonn
,
M. M.
Denn
,
L.
Berthier
,
T.
Divoux
, and
S.
Manneville
,
Rev. Mod. Phys.
89
,
035005
(
2017
).
6.
H.
Hoekstra
,
J.
Vermant
,
J.
Mewis
, and
G. G.
Fuller
,
Langmuir
19
,
9134
(
2003
).
7.
H.
Hoekstra
,
J.
Mewis
,
T.
Narayanan
, and
J.
Vermant
,
Langmuir
21
,
11017
(
2005
).
8.
A.
Mohraz
and
M. J.
Solomon
,
J. Rheol.
49
,
657
(
2005
).
9.
K.
Masschaele
,
J.
Fransaer
, and
J.
Vermant
,
J. Rheol.
53
,
1437
(
2009
).
10.
B.
Rajaram
and
A.
Mohraz
,
Soft Matter
6
,
2246
(
2010
).
11.
N.
Koumakis
and
G.
Petekidis
,
Soft Matter
7
,
2456
(
2011
).
12.
J.
Colombo
and
E.
Del Gado
,
J. Rheol.
58
,
1089
(
2014
).
13.
A.
Boromand
,
S.
Jamali
, and
J. M.
Maia
,
Soft Matter
13
,
458
(
2017
).
14.
J. D.
Park
,
K. H.
Ahn
, and
N. J.
Wagner
,
J. Rheol.
61
,
117
(
2017
).
15.
L. C.
Johnson
,
B. J.
Landrum
, and
R. N.
Zia
,
Soft Matter
14
,
5048
(
2018
).
16.
M.
Laurati
,
S. U.
Egelhaaf
, and
G.
Petekidis
,
J. Rheol.
55
,
673
(
2011
).
17.
S.
Jamali
,
G. H.
McKinley
, and
R. C.
Armstrong
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
048003
(
2017
).
18.
J.
Min Kim
,
A. P. R.
Eberle
,
A.
Kate Gurnon
,
L.
Porcar
, and
N. J.
Wagner
,
J. Rheol.
58
,
1301
(
2014
).
19.
A.
Kurokawa
,
V.
Vidal
,
K.
Kurita
,
T.
Divoux
, and
S.
Manneville
,
Soft Matter
11
,
9026
(
2015
).
20.
M.
Nabizadeh
and
S.
Jamali
,
Nat. Commun.
12
,
4274
(
2021
).
21.
M.
Laurati
,
P.
Maßhoff
,
K. J.
Mutch
,
S. U.
Egelhaaf
, and
A.
Zaccone
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
018002
(
2017
).
22.
R. N.
Zia
,
B. J.
Landrum
, and
W. B.
Russel
,
J. Rheol.
58
,
1121
(
2014
).
23.
L. C.
Johnson
,
R. N.
Zia
,
E.
Moghimi
, and
G.
Petekidis
,
J. Rheol.
63
,
583
(
2019
).
24.
P. J.
Hoogerbrugge
and
J. M. V. A.
Koelman
,
Europhys. Lett.
19
,
155
(
1992
).
25.
M.
Whittle
and
K. P.
Travis
,
J. Chem. Phys.
132
,
124906
(
2010
).
26.
S.
Jamali
,
A.
Boromand
,
N.
Wagner
, and
J.
Maia
,
J. Rheol.
59
,
1377
(
2015
).
27.
N. S.
Martys
,
J. Rheol.
49
,
401
(
2005
).
28.
A. W.
Lees
and
S. F.
Edwards
,
J. Phys. C: Solid State Phys.
5
,
1921
(
1972
).
29.
J. A.
Anderson
,
J.
Glaser
, and
S. C.
Glotzer
,
Comput. Mater. Sci.
173
,
109363
(
2020
).
30.
K. A.
Whitaker
and
E. M.
Furst
,
J. Rheol.
60
,
517
(
2016
).
31.
S.
Jamali
,
R. C.
Armstrong
, and
G. H.
McKinley
,
Phys. Rev. Lett.
123
,
248003
(
2019
).
32.
Z.
Varga
,
V.
Grenard
,
S.
Pecorario
,
N.
Taberlet
,
V.
Dolique
,
S.
Manneville
,
T.
Divoux
,
G. H.
McKinley
, and
J. W.
Swan
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
116
,
12193
(
2019
).
33.
S.
Jamali
,
R. C.
Armstrong
, and
G. H.
McKinley
,
Mater. Today Adv.
5
,
100026
(
2020
).
34.
S. H.
Strogatz
,
Nature
410
,
268
(
2001
).
35.
R.
Albert
and
A.-L.
Barabási
,
Rev. Mod. Phys.
74
,
47
(
2002
).
36.
U. S.
Bhalla
and
R.
Iyengar
,
Science
283
,
381
(
1999
).
37.
K. W.
Kohn
,
Mol. Biol. Cell
10
,
2703
(
1999
).
38.
A.
Broder
,
R.
Kumar
,
F.
Maghoul
,
P.
Raghavan
,
S.
Rajagopalan
,
R.
Stata
,
A.
Tomkins
, and
J.
Wiener
,
Comput. Networks
33
,
309
(
2000
).
39.
L.
Papadopoulos
,
M. A.
Porter
,
K. E.
Daniels
, and
D. S.
Bassett
,
J. Complex Networks
6
,
485
(
2018
).
40.
M.
Nabizadeh
,
A.
Singh
, and
S.
Jamali
,
Phys. Rev. Lett.
129
,
068001
(
2022
).
41.
M.
Pournajar
,
M.
Zaiser
, and
P.
Moretti
,
Sci. Rep.
12
,
11814
(
2022
).
You do not currently have access to this content.