Among plants, bamboo has an unique structure which resembles that of a unidirectional, fiber-reinforced composite with many nodes along its length. Furthermore, bamboo's growth rate is very fast, producing an adult tree in only one year. This paper demonstrates that bamboo has a functionally graded and hierarchical structure. Bamboo's diameter, thickness and internodal length have a macroscopically graded structure while the fiber distribution exhibits a microscopically graded architecture, which lead to smart properties of bamboo. The reinforcing fibers are oriented along the bamboo's culm (trunk), whereas in the nodes the fibers become entangled in a complicated manner to produce nodes with isotropic properties that provide additional reinforcement for the culm.

A series of simulations for hydraulic fracturing in competent rock was performed by using the flow-coupled DEM code to discuss the influence of the fluid viscosity and the particle size distribution. The simulation results show good agreement with experimental results that contain the AE measurement data. The following observations can be made. When a low viscosity fluid is used, the fluid infiltrates into the fracture immediately. On the other hand, when a high viscosity fluid is used, the fluid infiltrates slowly into the crack after the fracture first elongates. Although tensile cracks are dominantly generated in the simulation, the energy released from a tensile crack becomes small because the tensile strength of rock is obviously small compared with the compressive strength. Such a small AE is easily buried in a noise and difficult to be measured in an experiment. Therefore, in AE measurement experiment, shear type AE with large energy is dominantly observed, as many previous researches have indicated.

This study demonstrates that antiferroelectricity can be stabilized in NaNbO(3) (NN) based ceramics by lowering the tolerance factor. Through consideration of the crystal chemistry via the Goldschmidt tolerance factor and polarizability, we show that simultaneous substitution of Zr(4+) and Ca(2+) ions in the Nb and Na sites, respectively, lowers the polarizability and tolerance factor of the (Na(1-x)Ca(x))(Nb(1-x)Zrx)O(3) (CZNN100x) solid solution, while maintaining charge neutrality. Structural investigations using both X-ray diffraction and transmission electron microscopy (TEM) indicated an enhancement of antiferroelectric (AFE) superlattice peaks with CaZrO(3) substitution. The TEM domain analysis revealed that only AFE domains existed in the CZNN4 and CZNN5 ceramics; in contrast, normal NN ceramics displayed coexistence of AFE and ferroelectric (FE) domains at room temperature. The CZNN100x (0.02 ≤x≤ 0.05) ceramics showed double polarization hysteresis loops, characteristic of reversible AFE↔FE phase transition switching. The field-induced polarization decreased drastically with increasing substitution, an effect of the decreases in tolerance factor. In addition, the AFE switching field was increased by the chemical substitution. First principles calculations are performed to obtain insights into the relative stability and coexistence of the AFE and FE phases in single domains. The large decrease of polarization in the CZNN system is explained by a modification of the relative stability of the relevant structures, which favours nonpolar-to-polar AFE transitions over polar-to-polar FE domain switching.

Abstract Defect chemistry that results in the thermal processing of dielectric and piezoelectric films, crystals and ceramics ultimately controls the properties and long‐term performance of materials and devices. This paper reviews several thermochemical defect reactions using important perovskite base composition dielectrics including Pb(Zr,Ti)O 3 , (Na,K)NbO 3 , (Bi 0.5 Na 0.5 )TiO 3 ‒BaTiO 3 , and Ca(Hf,Ti,Mn)O 3 . Within this group of perovskite‐based functional materials, we note ways the point defects can be formed to create non‐stoichiometric compositions changing the overall cation‐to‐anion ratios during the synthesis process. These reactions can be developed with the loss of volatile species such as metal and oxygen ions. The relative concentrations of these can impact the over conductions in terms of the mixed contributions of ionic conductivity from the oxygen vacancies and the electronic conductivity, along with microstructure and properties in some cases.