表面等离激元是金属与介质界面上自由电荷的集体相干振荡。表面等离激元共振可实现纳米尺度下的光场限域和光场调控,是实现突破光学衍射极限、局域电磁场极大增强的重要途径。金属纳米结构表面等离激元共振及其驰豫过程产生的近场增强、热载流子及光热效应,在光谱增强、分子催化、海水淡化等方面发挥着重要作用。本论文借助稀土离子掺杂微纳体系稳定的物理化学性能和优异的光谱性质,围绕表面等离激元和微纳米光学介质的相互作用以及表面等离激元对晶体结构和光谱的调控作用展开研究。本论文的主要研究内容和结果如下:1.利用表面等离激元的热效应和热电子的催化效应,提出了一种原位快速的晶体转变/生长新方法。选择常温条件制备的多晶稀土氟化物微纳颗粒作为主要研究对象,利用三价稀土离子的光学探针作用并借助单颗粒发光探测和原位表征技术,对表面等离激元驱动稀土晶体转变的过程和机制进行研究。结果表明,得益于Au纳米颗粒高效的光吸收,在毫瓦级可见光的辐照下,以及毫秒时间内可实现多晶NaYF4向单晶Y2O3纳米颗粒的转变;晶体结构和结晶度的优化,使得产物荧光辐射强度、红绿比及单色性明显提升。2.研究了表面等离激元驱动晶体转变特性的调控规律。探究了表面等离激元共振和非共振激发对晶体转变的影响,以及Au的带间吸收对表面等离激元诱导晶体转变的协同作用机制。结果表明,相比于表面等离激元共振弛豫过程,Au纳米颗粒带间跃迁过程中产生的热效应和热电子的能量较低,使得442nm激光辐照下晶体转变速率和产物结构优化程度明显降低;由于表面等离激元高效的光热转换特性以及热效应的局域特性,使得纳米晶体可在低温环境中转变;晶体转变速率和激光功率密度、环境温度、辐照时间之间相互制约,转变速率随辐照激光的功率、环境温度或Au纳米颗粒的密度的降低而明显减慢。3.研究了表面等离激元和稀土掺杂发光晶体相互作用的机理,以及晶体结构变化的动力学过程和表面等离激元对晶体转变作用的热动力学过程。结果表明,表面等离激元弛豫过程产生的热效应和热电子协同作用,促进晶体颗粒转变。表面等离激元热效应推动晶体结构的优化,诱导其由多晶向单晶的转变;同时,热电子通过与氧气分子作用生成具有强氧化性的O2-离子并作用于纳米颗粒,辅助催化氟化物到氧化物的氧化过程。结构中Na元素消失,晶体颗粒首先转变为氟氧化物,继而转变为氧化物。转变过程中Au纳米颗粒逐渐聚集,使得颗粒个数减少,粒径增大。聚集效应带来了热电子产率和光热转换效率的改变;晶体内Au颗粒在特定条件下对晶体荧光辐射的调控作用,使表面等离激元诱导生成颗粒表现出对诱导条件的“记忆”特性。4.对表面等离激元和微纳米晶体相互作用的新应用进行了探索。利用表面等离激元的热效应设计了一种空间分辨率高,速度快,条件温和,节能低耗,且不依赖于高温环境的微纳米材料原位热处理方法,借助其实现了晶体颗粒中元素的可控掺杂,单晶、多晶和非晶纳米结构之间的可控转变,贵金属纳米颗粒在发光晶体中的嵌入式结构等。并借助该嵌入式结构,实现了表面等离激元对体系荧光辐射调控效率的大幅度提升和上转换发光的选择性增强。本论文的主要创新点如下:1.首次提出利用表面等离激元的热效应和热电子的催化作用诱导纳米晶体材料的可控转变/生长,并实现了稀土氧化物单晶纳米发光材料在室温甚至低温环境中的原位快速获得,突破了常规晶体生长方法对高温环境依赖的瓶颈。2.通过对表面等离激元催化的激发机制和能量传递通道的探索,以及温度、气氛环境对表面等离激元诱导晶体转变调控作用的研究,揭示了表面等离激元弛豫产生的热电子和热效应在表面等离激元诱导晶体转变中的作用机理。3.利用表面等离激元的热效应,首次实现表面等离激元纳米颗粒在稀土掺杂发光晶体内部的嵌入式结构,解决了金属纳米结构与介质的紧密结合问题,有效拓展了表面等离激元与介质相互作用研究的体系。发现了表面等离激元诱导生成纳米颗粒对诱导条件的“记忆”特性。