本文总结介绍作者们多年来发展的基于第一性原理的系统性研究金属/氧化物界面结合强度和宏观韧性的策略方法。以应用广泛的γ-Ni/α-Al2O3 界面为例，从第一性原理出发，建立合理的物理和热力学模型，依据基于量子力学的电子密度泛函的系列计算，能够有效分析和描述温度、界面化学配比、元素的热力学活度、合金成分、杂质等对界面结合强度的影响和作用关系。计算表明在感兴趣的温度区间（1300-1600K），界面的平衡相结构为富Al 相（Al-rich），但靠近理想化学配比相（Stoichiometric）的相界。在可能共存的这两种界面中，富Al 相界面的结合强度较高，约三倍于理想化学配比相界面。有害杂质硫有在界面富集的强烈趋向，并因此严重削弱界面强度（可降低60~70％）。而稀土元素铪对此类界面存在至少三种强化机理，包括有效钉扎硫，直接增强界面键能，和取代界面上的硫。针对界面宏观韧性的评估，通过第一性原理密度泛函方法，直接计算不同断裂模式（Mode I, II 和Mixed Mode）的总能－位移关系，近而转化为相应的曳引力－位移关系，通过拟合得到一个统一化（适用于任何断裂模式）的界面势函数。将这个基于第一性原理的界面势函数与内聚力模型(Cohesive ZoneModel)的整合，可以对沿界面的不同晶体学取向（<110> and <112> of γ-Ni）的稳态断裂展开弹塑性有限元模拟。以较弱的理想化学配比相界面为例，首次获得对界面韧性与断裂模式混合程度（Mode Mixity）及不同晶体学断裂取向的相关性的预测。