提出提高材料综合强韧性的新途径——利用纳米尺度共格界面强化材料。提高材料的强度是几个世纪以来材料研究的核心问题。迄今为止强化材料的途径可分为四类：固溶强化、第二相弥散强化、加工（或应变）强化和晶粒细化强化。这些强化技术的实质是通过引入各种缺陷（点缺陷、线、面及体缺陷等）阻碍位错运动，使材料难以产生塑性变形而提高强度。但材料强化的同时往往伴随着塑性或韧性的急剧下降，造成高强度材料往往缺乏塑性和韧性，而高塑韧性材料的强度往往很低。长期以来这种材料的强韧性 “倒置关系”成为材料领域的重大科学难题和制约材料发展的重要瓶颈。中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室卢柯研究员、卢磊研究员与美国麻省理工学院S. Suresh教授合作，在过去大量研究工作的基础上提出，为了使材料强化后获得良好的综合强韧性能，强化界面应具备三个关键结构特征：(1)界面与基体之间具有晶体学共格关系；(2)界面具有良好的热稳定性和机械稳定性；(3)界面特征尺寸在纳米量级(<100nm)。进而，他们提出了一种新的材料强化原理及途径——利用纳米尺度共格界面强化材料。在2009年4月17日出版的《Science》周刊上刊登了他们的特邀综述论文，详细阐述了这项重要研究成果。

最近，材料疲劳与断裂国家重点实验室的材料疲劳与断裂研究部开展了不同金属材料退火孪晶界面的疲劳损伤行为研究，在退火孪晶界面的疲劳损伤行为方面观察到一些新的实验证据，为理解金属晶体材料的疲劳损伤物理本质与强韧化设计具有一定的指导意义，关于金属晶体材料疲劳损伤界面效应研究的主要结果可归纳如下：

（1）提出了平行晶界铜双晶体取向因子的计算方法，比较了大角度晶界和小角度晶界对双晶体强化作用的差别，建立了晶界疲劳强化模型。发现铜双晶体的循环应力-应变曲线特征与其组元晶体的取向、晶界与应力轴的交角及晶界性质密切相关。

（2）系统地比较了各种不同大角度晶界和小角度晶界疲劳裂纹萌生的可能性，发现沿晶界疲劳裂纹萌生强烈依赖于驻留滑移带与晶界的交互作用。

（3）提出了平行、垂直、倾斜和全包围晶界铜双晶体及含小角度晶界铜多晶体的疲劳裂纹萌生的难易顺序为：小角度晶界、驻留滑移带、大角度晶界。进而揭示了晶界在疲劳过程中的双重作用：即大角度晶界对材料具有明显的强化作用，但也是疲劳裂纹萌生的有利位置；而小角度晶界对材料既没有明显的强化作用，也对疲劳裂纹萌生不敏感。

（4）通过设计双晶体中组元晶体的取向和晶界与应力轴的交角和观察驻留滑移带与晶界之间的交互作用，从实验上证明了德国学者Christ提出的晶界疲劳开裂几何模型的不适用性，并在此基础上进一步发展了沿晶疲劳开裂机制。

（5）退火孪晶界面疲劳损伤行为与开裂同材料的层错能有关，对于具有相对较高层错能的纯铜，在退火孪晶界面上未观察到疲劳裂纹萌生；而随着在铜中加入铝与锌合金元素使铜合金的层错能降低，孪晶界面疲劳开裂变得相对容易，主要原因是合金元素降低了层错能使滑移方式由波状滑移转变为平面滑移，位错与孪晶界面的交互作用也发生本质变化。

上述系统的研究工作结果受到国际同行的广泛关注。美国工程院院士Suresh教授在所著的《材料的疲劳》一书中用两个整节以上的篇幅对有关结果进行了介绍。王中光研究员被特邀在“国际疲劳”和“国际材料强度”大会上作全会报告，其结果被大会组委会主席称为材料疲劳领域内的“杰出的工作”。基于上述研究工作结果，2006年应国际知名刊物Progress in Materials Science主编Arzt教授的邀请，为该刊撰写了长篇综述论文：Grain Boundary Effect on Cyclic Deformation and Fatigue Damage。该文已于最近正式发表 (Zhang ZF and Wang ZG, Prog. Mater. Sci., 53 (2008) 1025-1099)。