材料特别是大宗结构材料发展长期依赖合金化，带来资源依赖、成本攀升、回收利用困难等问题。国研中心纳米金属科学家工作室基于前期纳米金属结构稳定性的研究结果，创新性地提出利用跨尺度调控材料中的稳定界面替代合金化，实现材料素化。
材料素化旨在利用缺陷调控替代合金化，实现材料性能提升。调控缺陷的一个瓶颈问题是材料中缺陷的稳定性往往低于合金元素，在材料加载或加热等条件下各类缺陷聚集、合并、并相互转化，导致材料性能退化。大幅增加材料中晶界数量至纳米尺度，晶界的稳定性显著下降。利用晶界替代合金化需要提高晶界的稳定性。塑性变形的纳米金属在临界尺寸下表现出的很高的热和机械稳定性为跨尺度调控界面奠定了基础。调控界面替代合金化还依赖材料强化方式的转变，传统材料的强化无论是固溶强化、弥散强化还是细晶强化，都是通过增加合金中位错滑移的障碍而实现，位错滑移的阻力越大，强化效果越明显。而临界晶粒尺寸下大量界面的引入，由于位错在晶内的弓出变出困难，使得位错增殖也被抑制。材料的强化方式从抑制位错滑移转变为抑制位错增值。界面的高稳定性和强化机制的改变使得不采用合金元素而通过跨尺度构筑与稳定界面调控，大幅度提升材料强度成为可能。代表性论文发表于Science, 364, 6442（2019）。
