近年来，稀土掺杂的上转换发光纳米材料发展十分迅速，由于它们具有优异的物理化学特性，使其在生物成像、光动力学治疗、药物释放、物质检测、信号传感等领域得到了深入的研究和广泛的应用。本论文通过室温共沉淀和后续热处理、溶剂热、高温热分解等常用方法合成了几种上转换发光微/纳米材料，并且详细研究了它们的形貌组成、发光性质、以及在信号传感和生物成像方面的应用。取得的结果如下:　　1.通过简便的室温共沉淀反应和后续的热处理步骤，我们成功地合成了粒径均一的大米状镧系掺杂的BiPO4上转换亚微米颗粒。详细研究了BiPO4∶Ln3+(Ln=Yb、Er、Tm和Ho)亚微米颗粒的相转变、形貌、上转换发光性质和上转换机理。所得结果表明样品从六方相到单斜相的转变过程中晶格水分子的消失对上转换发光性质有关键的影响。通过改变稀土离子Ln3+(Ln=Yb、Er、Tm和Ho)的掺杂浓度，在980 nm连续波激光二极管激发下，所得样品表现出明亮的红、绿、蓝上转换发射。通过精确调节晶格中掺杂离子的浓度，同样得到了多色和明亮的白光上转换发光。所得的上转换白光落在了CIE1931色度图的白光区域。　　2.我们在NaYF4∶Yb3+/Mn2+/Eu3+和NaLuF4∶Yb3+/Mn2+/Eu3+纳米晶中实现了Eu3+离子高效的橙色上转换发光，并通过壳层包覆进一步增强了发光。通过对所得纳米晶上转换发射光谱、寿命和激发光子数测试结果的分析，我们提出了从Yb3+-Mn2+二聚体到Eu3+离子能量传递的新颖上转换机理。我们研究了所得纳米晶在X-射线CT成像和生理pH范围比率pH传感性质，得到了比较满意的结果。此工作在592nm处为上转换发光在多色成像、多重编码和检测方面提供了新的可用波长。　　3.在808nm连续波激光激发下，我们在精心设计和合成的核-壳结构NaLuF4∶Gd/Yb/Er@NaLuF4∶Yb@NaLuF4∶Nd/Yb@NaLuF4纳米颗粒中成功地同时实现了上转换和下转换发光，并且详细研究了纳米颗粒的形貌、发光性质和能量传递机理。通过应用以上设计，我们在一种纳米颗粒中实现了包括近红外下转换光学成像和X-射线CT成像在内的多模式成像。通过监测上转换和下转换发光强度随温度的变化，我们用合成的纳米颗粒在宽温度范围实现了808nm激发的光学温度传感。本工作为稀土氟化物纳米颗粒在多功能成像和温度传感领域提供了新的平台。　　4.我们通过溶剂热法和后续的热分解法成功合成了NaYbF4∶Gd@NaGdF4纳米颗粒，并且通过多巴胺的简便氧化和自聚合步骤在NaYbF4∶Gd@NaGdF4纳米颗粒表面包覆了不同厚度的多巴胺黑色素壳层，同时优化了光热性能。在808nm激光二极管照射下，我们详尽地研究了所得样品的光热性质，并且计算了它们的光热转化效率。我们评估了合成样品的体外和活体X-射线CT和磁共振成像性质，结果证明NaYbF4∶Gd@NaGdF4@多巴胺黑色素杂化纳米颗粒是一种有前景的多模式成像和光热治疗试剂。