尺寸和形貌高度均一的单分散纳米颗粒可作为理想的模型，用于研究尺寸依赖的性质，也可作为自组装结构基元，用于自下而上的构筑纳米组装体和器件。由于具有丰富的4f电子组态，以镧系元素为代表的稀土元素表现出特殊的光学和磁学性质，广泛应用于三维显示、信息存储、激光器、近红外探测以及生物标记和成像等领域的研究。其中，Gd3+有7个4f电子，具有较大的自旋磁矩和较长的电子自旋弛豫时间，可以作为磁共振的反差增强剂应用于磁共振成像中。由于具有良好的单分散性和上转换发光性质，稀土掺杂的上转换发光纳米材料也可作为组装结构基元，用于构筑具有上转换发光性能的二元自组装超晶格。　　本论文立足于单分散纳米材料，通过二元自组装超晶格构筑稀土上转换发光纳米材料与金属、量子点的相互作用体系，研究了其组装结构与性质;合成得到尺寸均一可调、形貌可控、晶化良好的稀土氟化物，研究了稀土氟化物的表面修饰方法，并将其应用于磁共振成像研究;合成得到贵金属核壳结构纳米材料，并将其应用于表面增强拉曼研究。本论文的研究重点包括:　　(1)构筑基于NaREF4纳米晶的自组装超晶格　　基于本课题组前期的工作，利用高沸点溶剂中前驱体热分解法，合成得到了单分散的稀土掺杂NaREF4(RE=Y,Gd)上转换发光纳米颗粒;通过溶剂挥发诱导自组装的方法以及气-液界面上多元组分共结晶的组装方法，构筑了基于NaREF4纳米晶的具有多色上转换发光性质的双层膜及与其它结构基元（CdSe和Au纳米晶）构成的二元自组装超晶格。通过透射电子显微镜结合选区电子衍射、快速傅里叶变换图像分析、能量色散X射线分析和晶体结构模型的搭建确认并分析二元自组装超晶格的构筑方式，借助改装后的显微拉曼光谱仪和双光子激光扫描共聚焦显微镜对二元自组装超晶格的上转换发光性质进行了研究。　　研究表明，二元自组装过程表现出尺寸依赖性，即二元自组装超晶格受组装结构基元尺寸比例(γ)的调控。除了尺寸比例外，浓度比例也是影响二元自组装超晶格结构的重要因素。同时，与硬球模型预测的组装结构相比，油酸包覆的NaREF4纳米晶能够在更大的）γ值范围内获得相应的组装结构，表现出一定程度的γ值容忍性，作为骨架结构基元的纳米颗粒越小，这种容忍性越大。利用组装过程对颗粒间距离的精确调控能力，可以为研究颗粒间的相互作用提供良好的平台。　　(2)超薄GdF3纳米材料的可控合成、表面修饰及磁共振成像研究　　采用高沸点溶剂中前驱体热分解法，通过稀土离子Yb3+和Er3+的掺杂，合成了兼具磁共振成像反差增强性能和上转换发光性质的小尺寸、单分散GdF3基纳米材料。以此为基础，分别采用柠檬酸、四氟硼酸亚硝鎓-皂化聚丙烯酸(PAA)和盐酸-聚乙二醇磷酸盐等对油溶性钆基纳米材料进行表面修饰和改性，得到能够在水相中良好分散的纳米颗粒。系统地研究了不同尺寸、不同表面状态钆基纳米材料的磁共振成像反差增强效果，选择昆明小鼠为活体模型，研究了其反差增强效果及其在小鼠体内的代谢过程和分布情况。PAA修饰的小尺寸GdF3纳米晶纵向弛豫率r1可达到15.8 s-1mM-1，其用于小鼠活体磁共振成像的对比增强效果优于商用的Gd-DTPA，也优于文献中已报道的Gd基纳米材料。相比于Gd-DTPA，Gd基纳米材料的体内停留时间较长，利于长时间的磁共振成像检测。　　为了尽可能地提高T1反差增强剂材料的纵向弛豫率r1，在纳米材料的设计合成上，除了构筑小尺寸、超薄的GdF3基纳米材料外，还构筑了Gd元素主要分布在壳层上的核壳结构纳米材料，通过柠檬酸将其转移至水相，并测量了材料的纵向弛豫率r1。此外，还研究了水相转移过程对材料上转换发光性质的影响。　　(3) Au@Ag高指数面纳米材料的合成及其表面增强拉曼性质研究　　采用种子生长法合成Au四六面体(THH)和Au三八面体(TOH)两种纳米颗粒，并以其为晶种，通过异质外延生长的模式，在溶液相中合成了暴露晶面分别为{100}、{730}和{221}的Au@Ag纳米结构，其SPR消光峰可在可见-近红外区进行调控。在此基础上，选用对巯基苯胺（4-ATP）和对巯基吡啶(4-MPy)分子，分别在785 nm、633nm和514.5nm激光激发的条件下，研究了不同Au@Ag纳米结构的表面增强拉曼光谱。结果表明，纳米颗粒的SPR波长与激发光越接近，其拉曼光谱增强越显著。在633nm激光激发下，具有高指数晶面的Au@AgTOH(SPR波长为592.0 nm)对4-ATP分子的增强因子可以达到5×105。