材料的強度和斷裂韌性是保障構件安全服役的重要的性能參數，但二者往往表現為相互制約關系，且材料性能的持續優化壓縮了既有強韌化策略進一步發揮作用的空間。天然生物材料具有復雜巧妙的組織結構和優異的力學性能，可為材料強韌化設計提供重要啟示。然而，在金屬材料體系中設計構筑仿生結構面臨挑戰：傳統的制造加工方法（如熔煉、軋制、熱處理等）很難在多級尺度上對金屬材料的組織結構進行有效控制和精細調節；金屬仿生材料的結構與性能之間關系尚不清晰，仿生材料結構的優化設計缺乏理論依據，更難以實現按需設計。