近期，华南理工大学材料科学与工程学院褚衍辉研究员团队与燕山大学亚稳材料全国重点实验室田永君院士团队开展深度合作，在超高温氧化物材料基础理论研究方面取得突破。研究团队从“熔化本质是化学键断裂”这一微观物理图像出发，成功创建了氧化物熔点的微观理论模型，实现了氧化物熔点的定量预测，破解了长期以来氧化物熔点与微观电子结构参量之间无法定量关联的理论难题。研究成果以“Melting points of metal oxides”为题发表于《Advanced Functional Materials》期刊，论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.74823。

 我国高超声速飞行器、可重复使用航天器等国家重大装备的迅猛发展，对能在极端热环境中稳定服役的热防护材料提出了前所未有的迫切需求。氧化物陶瓷作为一类非氧化烧蚀型材料，被视为最理想的高温热防护材料。然而，当前空天飞行器的迭代要求热防护系统能够在3000 ℃以上极热环境下服役。这一温度已远超已知非放射性氧化物的最高熔点（如MgO的熔点为2852 ℃），导致热防护系统面临“无材可用”的核心困境。因此，研发熔点超过3000 ℃的超高温氧化物材料，成为国内外学术界与工程界共同追求的梦想。但长期以来，由于缺乏能够准确描述和预测氧化物熔点的理论指导，研发工作一直未能取得实质性进展。

 面对这一挑战，华南理工大学与燕山大学联合研究团队另辟蹊径，从化学键断裂概率与温度的关联入手开展研究，经过严谨的理论推导，成功建立了氧化物熔点的微观理论模型。该模型精准识别出键长、键密度、键离子性是三个决定氧化物熔点的关键微观参量，并构建了熔点与三个微观参量定量关联的理论表达式。该模型不仅对简单二元金属氧化物熔点表现出卓越的预测精度（最大预测误差小于5%），而且对多种复杂氧化物体系也展现出良好的普适性，熔点的理论预测值与本工作实验测量值及文献报道数据高度吻合。

图为建立的氧化物熔点理论公式及其在简单二元氧化物体系的预测结果

 这项工作的核心科学价值在于：通过介观的化学键，在材料宏观物理性能——熔点与微观电子结构之间架起了一座桥梁，深刻揭示了决定氧化物熔点的原子机制，为理解和预测氧化物熔点提供了全新的物理图像和理论框架。更为重要的是，该模型为“按需设计”下一代空天飞行器所需的、熔点超过3000 ℃的超高温氧化物陶瓷材料提供了可靠的理论指导和强大的设计工具，有望从根本上改变过去依赖“试错法”的材料研发模式，显著加速我国在极端热防护材料领域的研发进程。

 该工作得到了国家重点研发计划（2021YFA0715801）、国家自然基金委（52288102、52572072、52472072和52402075）项目、广州市基础与应用基础研究基金（SL2024A04J01220）等项目的资助。华南理工大学褚衍辉研究员为论文第一作者兼共同通讯作者，燕山大学田永君院士为共同通讯作者。（图文/褚衍辉，初审/曾晓峰，复审/苏仕健，终审/孟勋）