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稀土材料由于具有丰富的4f能级结构,因此具有优异的光学性能,使其在石油化工、玻璃陶瓷、生物医学成像等众多领域具有广泛的应用前景。其中,稀土氟化物因其声子能量低且化学性质稳定而被作为最常用的上转换基质材料之一。稀土上转换(UC)发光材料不仅具有窄带隙发射、较大的反斯托克斯(Anti-stokes)位移、高稳定性和低毒性等诸多优点,而且其激发光源为近红外光,可有效避免生物体自荧光干扰,从而提高检测灵敏度。因此,UC发光材料可广泛应用于生物标记、细胞成像、生物传感等方面。但较低的UC荧光效率限制了其在各个领域的进一步发展。本论文基于上述研究背景及应用需求,主要围绕稀土氟化物上转换材料的发光增强、生物成像应用以及高效X射线激发材料的初步探索展开了一系列研究,主要创新点包括:通过过渡金属Fe3+离子的掺杂,首次在小尺寸β-NaYbF4材料中实现了 Tm3+的高阶紫外、蓝光上转换发射增强;并通过构建PEG-β-NaYbF4:Fe,Er,Gd双模态纳米荧光探针,提高了材料在生物体内/外计算机断层(CT)成像的对比度;制备了 X射线激发下的β-NaLuF4:Tb/Eu纳米晶,研究了 Tb、Eu之间的能量传递机理。具体研究结果如下:(1)采用溶剂热法制备了超小尺寸、形貌均一的β-NaYbF4:Yb,Tm,X%Fe(X=0,2.5,5,10 mol%)上转换纳米材料。在980 nm近红外光激发下,通过Fe3+的掺杂,实现了上转换纳米材料在高阶紫外、蓝光区发射的有效增强,且当掺杂浓度为5 mol%时,材料的发光强度达到最大值。Tm3+在1I6能级的荧光寿命衰减数据也进一步佐证了上转换发射光谱随Fe3+浓度增加的变化规律。通过构建Yb3+-Fe3+→Tm3+之间的能量传递系统,对发光增强的现象提出了合理的理论解释。(2)由于Gd3+掺杂有利于调控晶粒尺寸、Fe3+掺杂可选择性增强Er3+的红光发射,有利于提高对生物组织的穿透深度。因此,采用溶剂热法制备了超小尺寸(～10 nm)β-NaYbF4:5%Fe,2%Er,X%Gd(X=5,10,15,20 mol%)纳米晶。首先通过细胞共聚焦成像,证明了该材料在细胞内部具有良好的上转换发光性能;然后,利用稀土元素Yb对X射线的较大吸收能力以及Fe/Gd对材料CT成像的增强效应,将其应用于CT成像;由MTT测试结果可知,健康细胞在与不同浓度UCNPs共同孵育时,均有较高的存活率,验证了该材料的低生物毒性。综上实验结果表明,β-NaYbF4:5%Fe,2%Er,10%Gd可有效地选择性富集在小鼠肿瘤部位,具有明显的CT增强效果,可作为双模态PL/CT生物探针。(3)采用溶剂热法制备了 β-NaLuF4:X%Tb(X=3,6,9,12,15,20,25 mol%),β-NaLuF4:X%Eu(X=5,10,15,20 mol%)和 β-NaLuF4:15%Tb,X%Eu(X=5,10,15,20 mol%)一系列稀土发光材料。在X射线激发下,首先优化β-NaLuF4:X%Tb中Tb3+的掺杂浓度,在此基础上通过调节Tb3+/Eu3+掺杂比,实现了β-NaLuF4:Tb,Eu纳米晶发射光颜色从绿→红的过渡。基于此实验现象,进一步阐述了在X射线激发下5D4(Tb3+)→ 5D1(Eu3+)的能量传递机理。由于β-NaLuF4:Tb,Eu在X射线激发下的优异光学性能和Tb3+/Eu3+之间较高的能量适配度,因此该材料有望作为双发光中心/双光敏剂的新型材料用于X射线激发下的光动力学治疗(PDT)。