Abstract The trade-off of strength and ductility of metals has long plagued materials scientists. To resolve this issue, great efforts have been devoted over the past decades to developing a variety of technological pathways for effectively tailoring the microstructure of metallic materials. Here, we review the recent advanced nanostructure design strategies for purposely fabricating heterogeneous nanostructures in crystalline and non-crystalline metallic materials. Several representative structural approaches are introduced, including (1) hierarchical nanotwinned (HNT) structures, extreme grain refinement and dislocation architectures etc. for crystalline metals; (2) nanoglass structure for non-crystalline alloys, i.e. metallic glasses (MGs); and (3) a series of supra-nano-dual-phase (SNDP) nanostructures for composite alloys. The mechanical properties are further optimized by manipulating these nanostructures, especially coupling multiple advanced nanostructures into one material. Particularly, the newly developed SNDP nanostructures greatly enrich the nanostructure design strategies by utilizing supra-nano sized crystals and MGs, which exhibit unique size and synergistic effects. The origins of these gratifying properties are discussed in this review. Furthermore, based on a comprehensive understanding of microscopic mechanisms, a broad vision of strategies towards high strength and high ductility are proposed to promote future innovations.

中文翻译：

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纳米结构金属材料：结构和机械性能

摘要 金属强度和延展性的权衡长期以来一直困扰着材料科学家。为了解决这个问题，在过去的几十年里，人们付出了巨大的努力来开发各种技术途径来有效地定制金属材料的微观结构。在这里，我们回顾了最近在晶体和非晶体金属材料中故意制造异质纳米结构的先进纳米结构设计策略。介绍了几种具有代表性的结构方法，包括（1）针对晶体金属的分层纳米孪晶（HNT）结构、极端晶粒细化和位错结构等；(2) 非晶合金的纳米玻璃结构，即金属玻璃(MGs)；(3) 一系列用于复合合金的超纳米双相 (SNDP) 纳米结构。通过操纵这些纳米结构，特别是将多个先进的纳米结构耦合到一种材料中，进一步优化了机械性能。特别是，新开发的 SNDP 纳米结构通过利用超纳米尺寸的晶体和 MGs 极大地丰富了纳米结构设计策略，它们表现出独特的尺寸和协同效应。本综述讨论了这些令人欣慰的特性的起源。此外，基于对微观机制的全面理解，提出了高强度和高延展性战略的广阔视野，以促进未来的创新。新开发的 SNDP 纳米结构通过利用超纳米尺寸的晶体和 MGs 极大地丰富了纳米结构设计策略，它们表现出独特的尺寸和协同效应。本综述讨论了这些令人欣慰的特性的起源。此外，基于对微观机制的全面理解，提出了高强度和高延展性战略的广阔视野，以促进未来的创新。新开发的 SNDP 纳米结构通过利用超纳米尺寸的晶体和 MGs 极大地丰富了纳米结构设计策略，它们表现出独特的尺寸和协同效应。本综述讨论了这些令人欣慰的特性的起源。此外，基于对微观机制的全面理解，提出了高强度和高延展性战略的广阔视野，以促进未来的创新。