发展高强高韧材料是材料科学家永恒的梦想，中国金属材料的制造和使用都名列世界第一，但很多关键结构材料的技术都还需要引进消化。金属非晶材料是新型材料中发展最快的具有广阔前景的高强材料，但是它们工业应用的最大障碍是它们的低断裂韧性，其在结构领域的应用一直受到韧性差，制造工艺复杂昂贵，工业合金稀少的制约。本报告将系统地介绍总结我们及合作者近年来通过金属玻璃断裂机制及组织结构的关系和增韧制备方法的研究进展。还将介绍金属材料的新家族超纳双相材料，由于该类材料的纳米晶晶粒大大小于十纳米，在加载过程中几乎不产生位错， 变形能力由非晶部分产生非灾难性多剪切带形成的新变形机制，材料强度接近材料的理论值（E/20）, 这种超纳新结构为材料科学家带来超小晶粒间的有别于晶界的新型材料家族，因而会改变金属材料所有和超小晶粒及晶界有关所有物理及化学性能。本报告还将介绍超纳材料在微型结构，生物医学等领域的应用前景。第二个案例将介绍多稳态纳米金属结构的原理和在水下滑翔系统，飞机机翼及矢量航空发动机的先驱结构设计及集成的案例。最后将介绍刚刚公布于世的4D打印陶瓷复杂型状及其在3C产品，航空航天高温材料制造等领域的应用。