主要从事面向未来的空天动力系统所用的高温/超高温结构材料、热障涂层等方面的研究。本科研方向拥有中国工程院院士1人、国家级领军人才4人、国家级青年人才8人、1个国防创新团队、1个全国卓越工程师培养优秀校企导师组；研发的新型高承温单晶高温合金、超高冷效双层壁单晶叶片、热障涂层材料技术及装备，支撑了我国新一代航空发动机研制和先进航空发动机叶片热障涂层生产；获2006年度国家技术发明二等奖、2016年度国家技术发明一等奖等奖励。

主要从事面向国防及现代工业重大装备中大型复杂构件的增材制造及关键运动副零部件激光表面工程技术的基础、应用基础和工程化应用关键技术研究等方面的研究。本科研方向拥有中国工程院院士1人、国家级领军人才2人、国家级青年人才1人、2个国家级创新团队、1个全国高校黄大年式教师团队；在增材制造发动机材料制造方面具有坚实的研究基础，突破了钛合金等大型关键承力构件增材制造关键技术，解决了多型装备研制与生产的技术瓶颈；获2012年度国家技术发明一等奖等奖励。

主要从事面向先进飞行器、发动机和轨道交通等关键领域的树脂基复合材料、高性能钛合金、铝合金等轻质高强材料的研究。本科研方向拥有国家级领军人才2人、国家级青年人才3人；“民航安全技术分析和鉴定重点实验室”成为国家民航安全仲裁基地；研制的复合材料成型在线监测系统，用于我国在研大客C919复合材料后机身成型工艺适航挂签；针对高端轿车发展的迫切需求，突破了大尺寸铝合金车轮快速顺序凝固等技术，在10余家车轮制造企业获应用。获2019年度国家科学技术进步奖二等奖等奖励。

主要从事面向未来的空天飞行器及空天装备智能化的高温磁性功能材料、特种功能材料的研究。本学科方向拥有中国科学院院士1人、国家级领军人才4人、国家级青年人才7人、2个国家自然基金委创新团队；发明了宽温域和耐腐蚀巨磁致伸缩材料，在空天和海洋重大装备上获得重要应用；在新型磁性功能材料的功能调控新原理、新概念、新方法等基础研究方面取得突破；获2008年度国家技术发明一等奖、2017年度国家自然科学二等奖、2023年度国家技术发明二等奖等奖励。

主要从事面向空天环境能源系统的热电材料、燃料电池、储能电池等的研究。拥有国家级领军人才3人、国家级青年人才5人；针对材料导电导热难以解耦造成热电转换效率低的重大科学问题，发现了多种解耦“声子-电子”矛盾的新机理，突破了热电材料长期受限于窄带半导体的禁锢，研制出高效宽温域宽带热电材料及无源温度传感器，在空天飞行器能源系统成功应用；针对传统剥离方法难以克服二维材料层间作用力而导致单层制备率极低的科学问题，提出了拓扑转化新方法，通过层间产生易挥发性物质解离范德华力，实现了高单层率（90%）和高产率（公斤级）二维材料的宏量制备，使电池寿命提高3倍、倍率性能提高5倍；共计15项研究成果于Science、Nature；获2025年国家自然科学二等奖等奖励。

主要从事智能材料设计和材料基因工程的研究，抢占国际材料研究战略制高点。本学科方向拥有中国工程院院士1人、国家级领军人才1人、国家级青年人才5人；获批材料智能设计国家级重点实验室，在轻质高强金属材料设计、高温结构材料设计及新能源材料设计等方向发挥了关键作用；在材料智能设计方向实现了新型设计方法的开发与数据库的建设；获2022年教育部自然科学一等奖1项。