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晶界由于其结构和结构转变的多样性，在决定多晶材料的性能方面起着至关重要的作用。作为一个独特的GB子集，{112}非相干孪晶界(ITBs)在纳米孪晶、面心立方材料中普遍存在。虽然已经报道了多种ITB结构和转变，但它们的转变机制和对机械性能的影响在很大程度上仍未被探索，特别是在共价材料方面。

2024年1月3日，燕山大学田永君、徐波及胡文涛共同通讯在Nature 在线发表题为“Structural transition and migration of incoherent twin boundary in diamond”的研究论文，该研究报告了在室温下金刚石中六种ITB构型和结构转变的原子观察，显示了不同于金属系统的位错介导机制。

主导ITBs不对称且流动性较差，对纳米孪晶金刚石的连续硬化起着重要作用。该研究讨论了ITB活动的潜在驱动力。总之，该研究结果揭示了金刚石和共价材料中GB的行为，指出了开发高性能纳米孪晶材料的新策略。

另外，2022年7月6日，燕山大学，南开大学，芝加哥大学，中原工学院多单位合作（燕山大学为第一单位），赵智胜，田永君等团队合作在Nature在线发表题为“Coherent interfaces govern direct transformation from graphite to diamond”的研究论文，该研究报告了使用高角度环形暗场扫描透射电子显微镜在从静态压缩中恢复的部分转化石墨样品中识别出由四个基本结构图案组成的相干石墨-金刚石界面。这些观察结果提供了对转变可能途径的深入了解。理论计算证实，与通过之前提出的其他路径的转换相比，通过这些相干界面的转换在能量上更受青睐。石墨到金刚石的转变受纳米级相干界面（金刚石成核）的形成控制，在静态压缩下，该界面会前进以消耗剩余的石墨（金刚石生长）。这些结果也可以揭示其他碳材料和氮化硼在不同合成条件下的转化机制（点击阅读）。

2020年6月17日，燕山大学田永君，周向峰及北京航空航天大学郭林共同通讯在Nature 在线发表题为“Hierarchically structured diamond composite with exceptional toughness”的研究论文，该研究报告了金刚石复合材料的结构表征，这些金刚石复合材料由相干的界面金刚石多型体（不同的堆积顺序），交织的纳米孪晶和互锁的纳米晶粒组成。复合材料的结构比单独使用纳米孪晶更能提高韧性，而不会牺牲硬度。单边缘缺口梁测试的韧性是合成金刚石的五倍，甚至比镁合金还高。当发生断裂时，裂纹通过之字形路径沿着{111}平面传播通过3C（立方）多型的金刚石纳米孪晶。当裂纹遇到非3C型的区域时，裂纹的传播会扩散成弯曲的裂缝，并在裂缝表面附近局部转变为3C金刚石。这两个过程都会耗散应变能，从而提高韧性。这项工作可能对制造超硬材料和工程陶瓷有用。通过使用具有硬化和增韧协同作用的结构体系，最终可以克服硬度和韧性之间的折衷（点击阅读）。