长余辉材料能够在激发光关闭后持续发光几秒甚至几个月。因其独特的光学性质，长余辉材料被广泛用于安全指示、交通标志灯和夜光涂料等领域。在过去的几年中，随着长余辉纳米材料合成技术的不断发展，长余辉材料逐渐被应用于生物传感、生物成像和肿瘤治疗等领域。在生物传感和生物成像领域，可以通过在激发光关闭后收集长余辉纳米材料的余辉信号来消除背景荧光干扰和激发光散射信号的干扰，从而提高信背比和灵敏度。在肿瘤治疗方面，尤其是在光动力学治疗中，长余辉纳米材料能够储存激光的能量，在激光治疗结束后缓慢释放储存的能量用于产生持续的治疗效果。通过这种方式单次的激光治疗就可以连续产生大量用于肿瘤治疗的活性氧，因而可以避免传统光动力学治疗中反复照射的问题，能够有效减小组织光损伤。
　　研究者普遍认为长余辉材料的余辉发光来源于材料中的晶体缺陷。缺陷是由于材料中的原子不规则排列造成的，常见的缺陷有空位，间隙和反位缺陷等。在高能光源的激发下，长余辉材料中会产生载流子(电子-空穴对)。光生载流子可以被晶体缺陷捕获并存储。激发光关闭后，在热、机械力等的作用下，被捕获的载流子吸收能量后从晶体缺陷中逃逸，重新复合并以辐射的形式释放能量，由此产生余辉发光现象。研究者发现增加晶体缺陷的密度可以增强长余辉材料的余辉发光强度并延长余辉持续时间，但是缺陷密度过高会因为浓度淬灭效应而引起余辉发光淬灭。尽管目前已经有很多研究工作报道了晶体缺陷与余辉发光的关系，但是关于晶体的表面缺陷与长余辉材料之间的关系研究很少。表面缺陷在长余辉纳米材料中广泛存在，它影响着长余辉纳米材料的余辉性能。研究表面缺陷是如何影响长余辉纳米材料的余辉性能有利于长余辉机理的研究，同时也能够为优化长余辉纳米材料的余辉性能提供有利指导。此外，还能够推动长余辉纳米材料在生物传感、生物成像和肿瘤治疗中的应用。
　　本论文以近红外发射的镓锗酸锌长余辉纳米颗粒为模型，通过对长余辉纳米颗粒分别进行热处理和表面包覆来钝化表面缺陷，进而探索表面缺陷对长余辉纳米颗粒余辉性能的影响，主要研究内容如下：
　　(1)通过水热法合成了Zn1.2Ga1.6Ge0.2O4∶0.5%Cr(ZGGO∶Cr)长余辉纳米颗粒，然后通过对其进行热处理得到T-ZGGO∶Cr长余辉纳米颗粒。我们通过一系列表征手段研究了两种长余辉纳米材料的结构和光学性能。实验结果表明：通过热处理钝化长余辉纳米颗粒的表面缺陷，可以有效增强余辉强度并延长余辉持续时间。随后我们探索了长余辉纳米颗粒在无背景生物成像中的应用。相比于ZGGO∶Cr长余辉纳米颗粒，T-ZGGO∶Cr长余辉纳米颗粒在活体生物成像中表现出更高的信背比和灵敏度。
　　(2)分别在ZGGO∶Cr长余辉纳米颗粒表面生长ZnGa2O4(ZGO)壳层和SiO2壳层，得到了ZGGO∶Cr@ZGO和ZGGO∶Cr@SiO2长余辉纳米颗粒。随后我们对两种长余辉纳米颗粒的结构和光学性能进行了研究，研究结果表明：通过表面包覆钝化长余辉纳米颗粒的表面缺陷，可以显著增强余辉强度并延长余辉持续时间。接下来，我们探索了长余辉纳米颗粒在无背景生物成像中的应用。相比于ZGGO∶Cr长余辉纳米颗粒，表面包覆后的ZGGO∶Cr@ZGO和ZGGO∶Cr@SiO2长余辉纳米颗粒在活体生物成像中表现出更高的信背比和灵敏度。除此之外，ZGGO∶Cr@ZGO长余辉纳米颗粒因为其明亮的余辉发光，在信息加密中有很好的应用前景。