长期从事金属基复合材料研究，在复合材料设计制备、加工成型与应用方面取得了系统性创新成果。揭示了非连续增强金属基复合材料的可控复合与形变加工原理，实现了制备技术的突破，打破了国际封锁，为我国航天重大工程提供了万余件关重构件，为推动国家高科技发展和维护国家安全做出了重要贡献；提出了金属微纳砖砌构型化复合的学术思想与技术原型，同步提升了金属基复合材料的强度/模量与塑韧性，拓宽了金属基复合材料的研究领域；巧借生物多样性及其独特的结构效应，提出了“遗态材料”的新概念，为材料的构型化复合研究提供了新原理、新方法。曾获国家自然科学二等奖2项（第一完成人），省部级一等奖4项（2项排1）；出版中英文专著3部；发表SCI收录论文600余篇，SCI他引23,000余次，H值85；在国际会议上做特邀报告80余次；授权国家发明专利90余项，制定国家标准3项。主要研究成果已经成功应用于我国载人航天、探月工程等重大工程，涉及到空间站、北斗三号、月球车、嫦娥探测器、火星探测器等35种型号。

一、针对金属基复合材料增强体与基体间结构与性能差异导致界面难相容、形变不协调等难题，构建了复合界面结合、浸润、反应的热/动力学模型，揭示复合界面演变规律及调控机制，实现了增强体分布与界面调控。同时，发现增强体可诱发近界面基体发生动态再结晶的协同热变形机制，形成了自主可控的金属基复合材料关键复合形变加工技术。研制出系列高性能铝基、钛基复合材料，满足了我国航天工程重大需求。

二、针对金属基复合材料增强体和基体本征性能差异大、形变易局域化，导致材料强韧性失配的难题，提出了利用微纳砖砌构型来调控复合材料中位错运动、裂纹萌生与扩展的协同强韧化机制，发展出金属微纳砖砌构型设计、基元复合及界面调控的构型化复合新技术与方法，研制出具有微纳砖砌构型的碳纳米管/铝基、石墨烯/铝基复合材料，其强度和模量均比基体合金提高20%以上，韧性比无构型复合材料提高一倍，实现强度与韧性的同步提升。研制出的高强韧碳纳米管/铝基复合材料已在我国运载火箭舱体构件、翼龙无人机连接件、标准动车组构件上进行了工程应用验证。

三、将自然界生物经亿万年进化出具有优异性能的精细构型与人工材质相复合，提出生物构型与人工材质复合的“遗态材料”学术思想。以性能为导向，甄选生物构型，用人工材质置换生物组分，创制出秉承生物精细构型的系列新型复合材料，突破了现有方法难以精准再现生物精细构型及优异性能的瓶颈，为构型化复合研究提供了新方法。

在合作交流方面，作为访问学者与德国Max-Planck金属研究所（2001年）、德累斯顿工业大学分子功能材料研究中心（2018年）、日本大阪大学超高压电镜中心（1997年）、日本京都大学材料系（1996年）、日本Yuasa中央研究院（1991年）、日本东北大学WPI先进材料研究中心（2012年）、法国特鲁瓦技术大学LASMIS实验室（2014年）和香港中文大学（2004年）等开展合作研究。