稀土元素特殊的电子构型,使其具有优异的光、电、磁特性,成为新材料的宝库。稀土发光材料则是此宝库中最艳丽的瑰宝,广泛应用于照明、显示、检测等诸多领域。近些年随着纳米技术的进步,通过控制纳米材料的形貌结构而实现一定功能,已成为当前稀土纳米发光材料的一个研究热点。本文以稀土氟化物纳米材料为研究对象,针对目前该材料在生物应用时存在的上转换发光效率低、颗粒尺寸大、可见光区域荧光穿透深度有限等缺点,通过优化纳米材料的结构、改善稀土离子晶体场等措施对上述问题进行了研究,制备出小尺寸且具有高效上转换和下转换发光的稀土氟化物纳米材料。主要内容如下:1.Nd3+敏化的上转换材料在进行光动力治疗等应用时,敏化层的存在阻碍了内核发光中心和纳米颗粒表面光敏剂之间的能量传递。针对这一问题,在敏化层外延生长过程中,利用内核和壳层基质失配度的差异以及配体对内核各个晶面的不同钝化作用,合成了一种800nm激光激发,具有哑铃状结构的上转换纳米颗粒,并进行了光动力治疗应用。通过优化哑铃两端Nd3+掺杂量发现,该特殊结构减少了核壳之间接触界面,部分抑制了 Er3+到Nd3+的能量回传,使壳层中Nd3+的最佳掺杂量由传统均匀核壳结构的20～30%增加至90%,促进了激发光的吸收。哑铃状结构可以使发光中心与光敏剂之间在更短距离内进行能量传递,实现高效的1O2生。细胞实验表明,哑铃形纳米颗粒在光动力治疗应用中与传统均匀包覆的核壳结构相比可以更有效的杀灭癌细胞(MCF-7和BEL-7402)。2.为进一步减小上转换纳米材料的颗粒尺寸,提高其生物相容性,借助溶剂热法和热分解法合成了以氟化钙为基质、10 nm左右的CaF2:Yb/Er@CaF2:Nd/Yb上转换纳米颗粒。在CaF2:Nd/Yb壳层中,通过Na+与稀土离子共掺杂,提高了材料的结晶度,延长Nd3+和Yb3+亚稳态能级的激发态电子寿命,提高上转换过程中的能量传递效率,极大地增强了纳米颗粒的上转换荧光强度。该纳米颗粒具有超小的颗粒尺寸和更好的生物相容性,使其在生物标记等应用时,比传统的上转换材料更具优势。3.上转换纳米荧光材料较低的发光效率以及生物组织对可见光区域上转换荧光强烈的吸收和散射作用,是制约其应用于深部组织成像的主要障碍。基于此,利用热分解法合成尺寸5 nm左右的CaF2:Nd颗粒,并对其800 nm激光照射下的近红外区域(850～1400nm)下转换发光性能进行研究。在纳米材料合成过程中,通过添加Na+做电荷补偿,研究其对纳米材料结晶度、Nd3+亚稳态能级激发态寿命以及下转换荧光强度的影响。结果表明,Na+有效提高纳米材料的结晶度,抑制Nd3+之间交叉弛豫过程,延长Nd3+亚稳态能级的激发态电子寿命,最终提高了 1052nm的下转换荧光强度;在CaF2:Nd纳米颗粒表面包覆钝化层后,可进一步抑制表面淬灭,提高该材料在1052 nm处的发光强度。该纳米颗粒在800 nm激发下具有较强的近红外荧光发射性能,使其有望应用于生物成像领域。