氧化锌（ZnO）压敏陶瓷作为一种重要的电工材料，因其优异的非线性伏安特性和过电压保护能力，以其为核心材料的氧化锌避雷器在电力系统、电路保护等领域得到了广泛应用[1,2]。随着电力系统的发展，要求氧化锌避雷器具有更高的电压等级、更大的通流能力，并且需要应对空间狭小场合、特定极端环境（如地震、高污秽、高湿热等）等情况，设备的高性能化和小型化发展势在必行，这要求ZnO压敏陶瓷具有更高的电位梯度、更高的耐受能量密度、更低的残压[3,4]。ZnO压敏陶瓷电学性能与其内部缺陷结构有着紧密联系，如何通过调控缺陷来优化ZnO压敏陶瓷电学性能一直是研究的热点。
ZnO压敏陶瓷的内部微观结构主要由晶粒和晶界组成，晶粒内部存在各种缺陷，如氧空位、锌间隙、杂质原子等。这些缺陷的不均匀分布导致了晶界处双肖特基势垒的形成（图1），对ZnO压敏陶瓷的电性能有着重要影响[5-7]。通过调控ZnO压敏陶瓷中的缺陷，可以有效改善其电学性能。除了零维的点缺陷以外，多维缺陷（如面缺陷——晶界、体缺陷——第二相等）对ZnO压敏陶瓷电性能也有着显著影响。明晰多尺度缺陷对ZnO压敏陶瓷电性能的影响机理，调控ZnO压敏陶瓷中的多尺度缺陷，是提升ZnO压敏陶瓷非线性伏安特性、电位梯度、通流能力等性能的重要途径。
多尺度缺陷调控方法主要包括掺杂、晶粒尺寸控制、表面处理、烧结工艺调控等。掺杂是指将其他元素引入ZnO压敏陶瓷中，以改变其电子结构和缺陷状态[8-15]。例如，掺杂Al、Ga等元素可以减少ZnO压敏陶瓷中的氧空位，提高其击穿电压和降低泄漏电流。晶粒尺寸控制是指通过控制ZnO压敏陶瓷的晶粒尺寸和均匀性，调控晶界密度和分布。例如，减小晶粒尺寸可以增加ZnO压敏陶瓷的晶界密度，提高其非线性伏安特性[16]。表面处理是指对ZnO压敏陶瓷的表面进行改性，以改变其表面缺陷状态。例如，表面氧化可以减少ZnO压敏陶瓷表面的氧空位，提高其击穿电压和降低泄漏电流。
另一方面，ZnO压敏陶瓷的老化特性对避雷器的长期稳定性和可靠性至关重要，研究ZnO压敏陶瓷的老化机制并建立其寿命预测方法具有重要的科学和工程意义[17,18]。ZnO压敏陶瓷的老化现象主要表现为功率损耗变化、J-E曲线特性变化等。老化过程中，ZnO压敏陶瓷中的缺陷结构会发生变化，例如氧空位会逐渐增多，导致其电学性能变差。目前，研究人员已经提出了多种ZnO压敏陶瓷老化寿命预测模型，例如基于离子迁移的模型、基于缺陷变化的模型等。这些模型可以预测ZnO压敏陶瓷的老化寿命，并指导其应用。然而，这些模型也存在局限性，一些经典的ZnO压敏陶瓷老化理论滞后于实践，例如，多个研究发现第三代ZnO压敏陶瓷的功率损耗随老化时间而持续下降，与传统观点相悖[19,20]。因此，亟需针对不同类型的ZnO压敏陶瓷进行完善细致的老化机理研究，并建立相应的寿命预测模型和方法。
本文将对ZnO压敏陶瓷电学性能的多尺度缺陷调控及其老化特性研究进展进行综述，系统梳理多尺度缺陷调控方法及其对ZnO压敏陶瓷电学性能的影响，以及ZnO压敏陶瓷的老化机理和寿命预测方法。通过对这些研究进展的总结，本文旨在为ZnO压敏陶瓷材料的制备、性能优化和寿命预测提供参考，并推动该领域研究的进一步发展。
