结构材料的硬化是通过引入大量不同尺度的缺陷来阻碍位错滑移实现的。然而，局部区域的位错缠结会造成应力集中,可引起裂纹萌生并最终导材料的突然断裂和提前失效。长期以来，材料科学家们致力于通过调控微观组织或合金成分来实现强度与韧性的平衡。多元高、中熵合金由于形变诱发的纳米孪晶机制在低温条件下具有良好的抗断裂能力。航空航天用马氏体时效钢是目前公认的拥有较好断裂韧性的超高强金属材料。然而,马氏体时效钢含有大量昂贵的合金元素，例如镍(17-19wt%)，钴(8-12 wt%)和钼(3-5wt%)。尽管合金化可有效提高结构材料的力学性能，但由于成本和环境问题，合金化并不适用于经济化的大规模生产。晶粒细化是一种可以同时提高强度和韧性的非合金化方法。然而，晶粒细化会极大的降低材料的塑性。上述研究均无法开发具有延展性，抗断裂性和低成本的超高强度钢。因此，发展超高强度同时兼备优良塑性与韧性的结构材料，一直是材料科学家及工程师过去几十年间希望解决的世界级科学难题。尤其是当屈服强度进入2GPa的超高范畴时，进一步改善材料韧性的难度成倍增加，香港大学机械工程系黄明欣教授团队在这方面取得新的进展。