金属纳米结构材料是指基本结构特征尺度在纳米量级（小于100 纳米）的单相或多相金属材料,如纳米晶体材料（晶粒尺寸三维均在纳米尺度）、纳米孪晶材料（孪晶-基体层片厚度在纳米尺度）、纳米层状结构（二维层片结构厚度在纳米尺度）、梯度纳米结构（晶粒尺寸从纳米尺度梯度变化到宏观尺度）及混合纳米结构（纳米晶粒与粗晶粒混合结构）等。由于其结构特征尺寸极为细小,界面密度高,从而表现出许多与普通粗晶材料截然不同的物理化学及力学性能。与普通粗晶材料相比,纳米结构材料的性能在很大程度上取决于界面结构特征。主要研究工作包括利用实验测试、理论分析及计算模拟研究金属材料结构纳米化过程原理及技术,纳米结构形成过程机理及控制途径;研究金属纳米结构材料的本征物理、化学性能及力学性能,结构-性能关系及其纳米尺寸效应,塑性变形机理及断裂机制;研究金属纳米结构材料的使役行为,如疲劳性能、蠕变行为、断裂行为、腐蚀行为等及其纳米尺寸效应;研究外场环境（如温度、压力、腐蚀介质、电场磁场、核辐照等）作用下金属纳米结构材料的稳定性及结构演化动力学,纳米结构稳定化机理及控制途径;探索新型金属纳米结构材料。

据不完全统计,2004–2013年间国际上金属纳米结构材料方面的重要材料学术期刊论文中,被引用频次最高的前50篇论文主要来自美国（26篇）、中国（13篇）及欧洲（共11篇）。可见,美国在整体影响力方面处于该领域的领头羊位置,中国学者表现不俗,但在整体论文引用方面仍与美国有相当大的差距。中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室共有12篇论文入围,此外还有6篇与其他国家合作的论文,这些高被引论文主要涉及纳米孪晶金属及其独特性能的发现,结构性能关系和塑性变形机制,金属表面纳米化及梯度纳米结构的性能。说明材料科学国家（联合）实验室是国际上该领域最有影响力的研究组之一,下述有关国际顶级学术期刊发表论文的情况亦能说明这一点。

过去10年间,金属纳米结构材料领域的研究重点是在大幅度提高纳米金属材料强度的同时保持或提升其塑性、韧性和结构稳定性,理解纳米结构材料的塑性变形机制,发展先进制备技术,获得优异综合性能的金属纳米结构材料。中国在此领域做出了一系列原创性研究工作,引领了金属纳米结构材料领域的发展。例如,在纯铜中制备出高密度纳米孪晶结构,发现纳米孪晶在可以大幅度提高强度的同时还具有优异导电性,突破了传统的强度-导电性的倒置关系;发现当孪晶片层厚度小于临界厚度时,纳米孪晶金属具有极值强度,并表现出超高加工硬化效应;提出了“纳米孪晶强化”的新概念及新原理,指出获得良好综合强韧性能的强化界面应具备关键结构特征。这些研究工作开创了一个新的研究方向——纳米孪晶材料。近年来纳米孪晶强化效应在工程合金、陶瓷中均得到应用,获得了性能优异的新材料。

又如,利用自行研发的表面梯度塑性变形技术（SMAT,SMGT）在一系列金属材料上实现了表面纳米化,在多种金属表层成功制备出梯度纳米结构,梯度纳米结构表面层可提高材料整体的屈服强度,同时又能够保持其良好的拉伸塑性变形能力,展现出独特的塑性变形行为,为揭示纳米结构塑性变形机制创造了条件。在纯镍表层制备出具有稳定小角晶界的纳米层片结构,突破了塑性变形细化晶粒的极限,并发现这种纳米层片结构兼具超高硬度和热稳定性。表面纳米化技术可提供材料和工件的抗疲劳性能和耐磨性,有望在工业上得到应用。

目前,纳米孪晶强化及纳米孪晶材料、梯度纳米结构及金属材料表面纳米化已成为国际材料领域的热点研究方向,这些研究也提升了中国在国际纳米材料领域的影响力。

金属纳米结构材料领域的研究方兴未艾,今后将针对以下几个方面开展研究工作。

（1）金属纳米结构材料的制备及结构控制技术;

（2）金属纳米结构材料的结构稳定性及其控制;

（3）金属中纳米结构的极限尺寸探索,接近极限尺寸的结构-性能关系;

（4）金属纳米结构材料的多级构筑与综合性能和使役行为提升;

（5）金属纳米结构的塑性变形机制,机械驱动的晶界迁移微观机制;

（6）金属纳米结构材料的工业应用探索。