稀土掺杂的上转换纳米材料具有吸收长波长光子发出短波长光子的性质,在生物、显示、防伪等诸多领域受到广泛关注。同时,丰富的发光颜色和高效的发光性能使其成为上转换研究领域的热点。一直以来,诸多学者在提高上转换发光强度方面做出大量的研究。在发光颜色调节方面,为了避免多次重复的合成,单一材料的动态多色调节是发光材料的理想状态。本文合成了三种尺寸均一的核壳结构上转换纳米颗粒。Ca2+的掺杂提高了上转换发光强度,Ce3+作为交叉弛豫的中心,Gd3+作为能量介导实现Eu3+的高效上转换发光,同时实现了材料在脉冲宽度和激光功率可调激发下的动态多色调节。这三种核壳结构有望应用在防伪、显示领域,具体的研究内容如下:1.合成了 NaYF4:Er/Ho/Ca@NaYF4双层核壳结构纳米颗粒,并对其形貌和发光性能进行表征,并进一步研究了稀土离子掺杂的影响和作用机制。在双层核壳结构中,Ca2+的掺杂增加了纳米颗粒的尺寸,使得颗粒形貌更加均一。在发光增强方面,Ca2+的掺杂通过改变镧系离子周围晶体场的方式提高了 Er/Ho组合在980 nm激发下的发光强度。同时,惰性NaYF4保护层的包覆进一步提高了发光强度。在发光颜色调节方面,0.5%Ho3+的掺杂提高了 NaYF4:1OEr的红光发射水平,同时Ho3+的引入增加了体系绿光和红光能级填充时间差,使得体系随着980 nm脉冲宽度的增加,发光颜色由绿色逐渐变为红色,实现了单一材料在不同脉宽980 nm激发下的动态颜色调节。2.合成了 NaYF4:Yb/Tm@NaYF4:Yb/Ho/Ce@NaYF4:Yb/Nd 三层核壳结构纳米颗粒,研究了交叉弛豫对上转换发光的影响。在三层核壳结构中,Nd3+敏化层既起到吸收808 nm激发能量的作用,又起到钝化纳米颗粒表面缺陷增强发光的作用。Ce3+的掺杂使得Ho3+发光层引入了三个有效的交叉弛豫过程,这使得Ho3+的发光颜色由绿色变为红色。另外,交叉弛豫改变了 Ho3+的上转换能量传递路径,使得其在短脉宽808 nm激发下Ce3+红光增强作用减弱,体系在脉宽可调808 nm激发下实现动态颜色调节。3.合成了 NaGdF4:Eu@NaGdF4:Yb/Tm@NaGdF4:Yb/Nd/Er三层核壳结构纳米颗粒,研究了稀土离子掺杂的上转换能量传递方式。在三层核壳结构中,通过Gd3+作为上转换能量的传递介导实现了 Eu3+在808 nm激发下的上转换过程。在发光颜色调节方面,实现了将红、绿、蓝三原色同时引入到同一个纳米颗粒中。我们将Er3+、Tm3+、Eu3+分别放置在不同的壳层,根据不同激活剂离子和敏化剂离子的能级匹配程度、能量传递方式的不同,实现了随着808 nm功率密度的增加,体系由绿色变为青色,最后变为红色的发光调节。