实验室在著名科学家钱学森先生亲自关怀下于2001年12月30日正式批准成立。凝聚中国科学技术大学有关学科的力量，实验室面向国家安全和经济建设的重大需求，以材料细观层次的结构为切入点，开展材料力学行为与设计的前瞻性和基础性多学科交叉研究，为新型材料的应用与开发奠定理论基础。
总体目标
实验室以按预定力学行为设计材料为长远目标，突破传统的材料开发模式，建立较为完善的材料设计理论和方法，有力推进相关学科的发展，建设具有国际水平和持续创新能力的材料力学行为设计研究和人才培养基地。
学术方向
实验室不断探索和发展材料测试、模拟和制备的新理论、新方法和新技术，力图在深入揭示材料细观结构与宏观性能定量关系的基础上，实现材料细观结构的调控与宏观力学行为的最优设计。目前的研究紧密围绕以下三个方向：
(1) 多尺度力学行为与跨尺度关联
发展先进的实验观测手段、数值仿真技术和理论模型，研究材料微观、细观和宏观尺度力学行为的机理，揭示材料微、细观层次结构与宏观力学行为的定量关系。现阶段主要研究内容包括：材料微观变形和破坏的原子模拟;材料内部和表面细观结构演化的在位观测;高温、高应变率等超常条件下材料宏观力学行为的测试;宏细观结合的材料力学行为模型等。
(2) 细观组织结构形成、演化与调控
发展基于物理机制的多尺度理论模型、数值模拟方法和实验手段，研究不同条件下材料细观组织结构的演化规律，实现特定组织结构的可调控生长。现阶段主要研究内容包括：多场耦合条件下材料细观结构的演化理论和数值模拟方法;结构演化路径的追踪、控制和亚稳态结构的选择;定向凝固与非平衡制备工艺等。
(3) 先进材料设计与性能优化
针对特定应用目标，基于理论指导设计性能优越的新型材料。现阶段主要研究内容包括：面向声隐身技术的电磁流变智能阻尼材料;面向抗撞击结构的多功能泡沫金属材料;面向近空间飞行器结构的耐高温、抗氧化复合材料等。
