人类三维景象的获取是一个复杂的认知过程,这一认知系统包括眼睛和大脑神经所组成的视觉系统。多年来,将数据以真实三维(3D)的形式可视化一直是科研人员工作的目标。依靠对人类视觉系统的“欺骗”,可以将二维(2D)的场景错认为是3D的景象。目前,几种较为巧妙的“3D”显示技术已被研发出来,如全息和立体显示,虚拟现实等。虽然在一定程度上满足了人们观看三维物体的需求,但是这些技术有着很多限制。真三维显示技术是基于两步两频(TSTF)的上转换机制,可以将三维数据实时真实地显示在三维空间中。采用该技术没有其他显示技术的那些限制,如观察者数量或者观察区域,可以让使用者全方位地观察三维物体,更不需要额外的辅助工具,裸眼就可观察。将无机的纳米粒子引入到有机的聚合物基质材料中所合成的纳米复合材料是一类新型材料。复合材料能够将无机纳米粒子与有机聚合物的优势集于一身,易于加工,具有更加优良的机械、电以及光学性能。将具有高效上转换发光的无机氟化物纳米晶与有机聚合物基质材料相复合制备的纳米复合材料可作为真三维的显示媒介。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)俗称有机玻璃,具有良好的光学性质,在可见光区域具有高度透明性,且易于加工,是用于光学显示基质材料的很好选择。然而,无机纳米材料难以单分散在有机聚合物中,特别是纳米颗粒的团聚是制备纳米复合聚合物材料最主要的问题之一。这种团聚效应是由于纳米粒子大的比表面(表面积与体积比)引起的,所以将它们单分散在聚合物基质中是一件比较困难的事情。以往的制备方法一般采用物理掺杂法很难解决这一问题。为了解决这一问题,本研究组提出在纳米晶表面修饰具有聚合活性的官能团,并将无机纳米粒子与聚合物单体共聚,通过共价键将纳米粒子链接在聚合物长链上,实现纳米晶在聚合物基质中的稳定、均匀、无团聚分散。主要研究内容如下:(1)为了得到具有高效上转换发光、单分散、粒径均匀、小尺寸的Na YF4纳米晶,我们分别使用溶剂热法和高温热分解法这两种纳米晶制备方法,制备了Na YF4:20%Yb3+,2%Er3+和Na YF4:20%Yb3+,0.5%Tm3+两种掺杂不同稀土的纳米晶。实验中使用的表面活性剂为油酸,可以一步将不饱和双键修饰在纳米粒子表面。溶剂热法为手工合成法;高温热分解法为机器合成法,使用的仪器为ANS01/02型纳米合成仪。材料合成后,我们首先采用X射线衍射、透射电镜、动态光散射、荧光分光光度计等对纳米晶的尺寸形貌与光学性质进行表征。然后,利用傅里叶变换红外吸收光谱对纳米晶表面性质进行表征。结果表明:两种Na YF4纳米晶都在20 nm以下,形貌比较均一;且红外吸收光谱表明,纳米晶的表面被成功修饰上不饱和官能团,为下一步的共聚反应作准备。但是,利用溶剂热法手工合成的纳米粒子为立方相和六角相混相,而利用高温热分解法机器合成的纳米粒子为纯的六角相。纯六角相的纳米粒子其上转换发光性质优于混相的纳米粒子。(2)利用共聚法,将Na YF4纳米晶通过共价键链接在PMMA聚合物长链上,实现纳米晶在聚合物基质中稳定、均匀、无团聚掺杂。通过在纳米晶表面修饰的不饱和官能团——双键,将纳米晶与聚合物单体MMA进行共聚,制备了具有高透明度的纳米复合材料。采用透射电镜表征了纳米晶在聚合物基质中的分散情况。结果显示,纳米晶在基质中具有良好的分散,无明显团聚。通过计算机控制激发源980 nm半导体激光器焦点(像素点)的扫描路径,在块状的纳米复合材料中绘制出了三维图像。通过引入不同种类的稀土离子,使复合聚合物发射出不同颜色的上转换荧光。这种复合聚合物有望实现真三维的多彩显示。