纳米金属材料的多级结构设计，制备与加工技术，力学性能表征与分析，物理化学性能，结构稳定性等，重点研究纳米孪晶结构、梯度纳米结构等多级纳米金属材料的结构-性能关系及使役行为，并探索其工业应用。
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第一届中国年度青年科学家奖；桥口隆吉奖；全国先进科技工作者；中国青年“五四”奖章；第三世界科学院TWNSO技术奖；何梁何利基金技术科学奖；全国劳动模范；国际亚稳及纳米材料年会 (ISMANAM) 金质奖章和杰出青年科学家奖；国家自然科学奖三等奖；中国青年科学家奖；香港求是基金会“杰出青年学者奖”（物理类）；中国科学院自然科学奖一、二等奖；中国科学院青年科学家奖。2009年获辽宁省自然科学一等奖；2010年获美国材料研究学会MRS Fellow；2011年获德国洪堡研究奖。
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