材料科学、工程科学和固体力学专家。1978-1979年就读于新乡师范学院（现河南师范大学），1979-1985年就读于北京钢铁学院（现北京科技大学），分别于1982年和1985年获硕士和博士学位。1986—1988年获德国洪堡基金会奖学金，作为洪堡学者在德国哥廷根大学工作；1988—1990年在美国罗彻斯特大学从事研究工作；1990—1993年作为研究科学家在美国耶鲁大学工作；1993-2012年在香港科技大学工作，历任讲师、副教授、教授、讲座教授、方氏工程学冠名教授。2015年加盟8188威尼斯娱人城，任8188威尼斯娱人城材料基因组工程研究院创院院长。

曾获国家自然科学二等奖2次（1987年和2007年，分别排名第三和第一）、中国科学技术协会青年科技奖（1988年）、香港裘槎高级研究学者奖（2003年）、美国ASM International Fellow奖（2001年）、何梁何利基金科学与技术进步奖（2018年）。担任亚洲材料数据委员会主席（2019年至今）；中国材料研究学会材料基因组分会主任（2017年至今）；香港工程师学会Fellow（2003年至今）；美国矿物，金属和材料学会会员（2005年至今）；美国材料学会ASM国际会员（1989-1993，1997-2001）和Fellow（2001年至今）；美国材料研究学会会员（1993年至今）；远东及大洋洲断裂学会副主席（2001-2016年）；国际断裂学会副主席（2013-2017年）和执委（2017年至今）；中国腐蚀与防护学会环境敏感断裂专业委员会主任（2016年至今）；中国腐蚀与防护学会荣誉理事长。兼任《中国科学·技术科学》（中英文卷）和国际期刊《Journal of Materials Informatics》主编。2011年当选中科院院士，2012年当选香港工程院院士。

长期从事材料科学与工程和固体力学的研究。主要学术成就有：1）预测并证实了钢铁扭转和剪切载荷下的氢脆现象；2）澄清了电绝缘裂纹面上电边界条件，发展了压电线性和非线性断裂力学；3）实验证明导电裂纹的电断裂韧性为材料常数，构筑了电致断裂的理论框架；4）发展了微观/纳观力学，建立了微/纳桥测试理论和方法及薄膜/基体系统中产生位错、微/纳孪晶和裂纹的临界厚度理论；5）给出了应力腐蚀中裂纹、腐蚀膜和位错交互作用的理论解；6）发展了表面本征应力模型，并应用于发展尺度有关的材料热力学；7）推动材料信息学和力学信息学在中国乃至世界范围的发展，提倡发挥机器学习和人工智能在加速材料基础科研、生产和应用过程中的作用。