原创性地发展了材料力学行为的原子层次原位动态表征方法,将材料力学行为原位表征技术的空间分辨率由纳米提高至皮米尺度,实现了1个数量级的提升,部分成果获 2007年中国高等院校十大科技进展。开发了具有自主知识产权和国际领先的力热耦合MEMS芯片、透射电子显微镜原位专用力学实验仪、多通道电学信号传输电路板等核心部件及配套应用分析软件,开辟了高温原子层次材料力学行为实验动力学研究新领域,应用于我国“卡脖子”难题的飞机发动机叶片的镍基单晶高温合金等关键材料研究,取得了一系列重要研究成果。关键技术获国内外授权专利33项,其中美国专利3项,国际PCT专利1项,中国发明专利27项。部分成果获得2017年北京市科学技术奖一等奖。发表论文160余篇,包括:Science 2篇,Nature Mater 3篇, Nature Commun 9篇,Nano Lett 12篇,Phys Rev Lett 4篇,Acta Mater 12篇等;承担国家自然科学基金重点项目、科学仪器基础研究专项、国家重大科研仪器设备研制专项课题、航空发动机重大研究计划重点项目等。组织团队开展显微组织结构大数据研究,量子(X-ray光子与高能电子)信息识别与表征,单量子体系材料物理与化学问题研究等。