稀土离子掺杂的上转换发光纳米材料由于能够在长波长的近红外光激发下,发射出短波长的紫外/可见光,并具有很多独特的光学性质,如高的光学稳定性、长的发光寿命、光学毒性小以及窄带发射等,这使得稀土离子掺杂的上转换发光纳米材料在生物医学领域如光动力治疗、生物检测,以及太阳能电池等领域有着广泛的应用前景。然而,由于在上转换发光过程中存在许多的能量损失过程,例如能量传递给表面缺陷、无辐射驰豫、离子间的交叉驰豫等,因此导致了上转换发光效率低,阻碍了上转换发光材料的进一步应用。因此,提高发光效率对于稀土离子掺杂的上转换发光纳米材料的实际应用具有重要意义。过去,常用的稀土离子掺杂的上转换发光纳米粒子多为敏化离子-发光中心共掺杂体系,并且由于浓度猝灭效应的问题,使得多数的稀土离子发光中心的掺杂浓度低于3mol%,由于稀土离子的浓度过低,想要提高其发光效率是非常困难的。而近期,我们课题组和另外两个研究小组在国际上几乎同时报道了一种新型的上转换发光体系,Er³⁺“掺杂浓度”高达100%的NaErF₄@NaYF₄和NaErF₄@NaLuF₄的核壳结构纳米粒子,这一创新性结果使得我们对浓度猝灭效应在纳米粒子中的作用有了新的认识,实现了高效发光,同时也实现了近单色红光发射。但是,这个新体系的发光效率仍不能满足应用的需求,于是,在本文中,我们进一步研究了该新体系的提高上转换发光效率的新方法,主要研究内容如下:1、我们设计了能够高效发光的NaErF₄@NaLuF₄核壳结构的稀土离子高掺杂上转换纳米粒子,通过溶剂热法合成了具有良好发光性质的该种纳米粒子。并研究其发光机理及优化条件。实验结果表明,Er³⁺离子在540nm和650nm的发光均为双光子过程。在增加壳层厚度时,650nm处的红光强度随着壳层厚度的增加而逐渐增加,在壳厚达到5nm处形成拐点,综合考虑实验过程和荧光强度等因素,我们确定了最佳的壳层厚度为5nm。2、研究了掺杂不同浓度K⁺离子的Na_1-xK_xErF₄@NaLuF₄核壳结构纳米粒子的发光性质,提出了一种通过掺杂K⁺离子提高NaErF₄@NaLuF₄上转换体系发光强度的新方法,其中,K⁺离子的浓度变化范围为0⁸ mol%。XRD分析结果表明这些掺杂不同浓度K⁺离子的纳米粒子均为β相纳米结构。当K⁺离子被掺杂到NaErF₄@NaLuF₄体系当中后,随着掺杂浓度的增加,纳米粒子中Er³⁺⁶50 nm处的红带发光强度先提高后降低,当K⁺浓度为4%时,发光强度达到最强,此时,K⁺离子在体系中以替位和填隙两种方式存在。3、研究了不同浓度的Li⁺离子掺杂对Na_1-xLi_xErF₄@Na LuF₄核壳结构纳米粒子上转换发光性质的影响,提出了一种通过掺杂Li⁺离子来提高NaErF₄@NaLuF₄上转换体系发光强度的新方法。研究结果表明,在保持晶体粒径不变且均为β相纳米结构的前提下,纳米粒子随着Li⁺离子浓度的增加,纳米结构中Er³⁺离子⁶50 nm处的红光强度表现出先增强后减弱的性质,当Li⁺离子浓度为8mol%时,Na_0.92Li_0.08ErF₄@NaLuF₄纳米粒子的发光强度达到最大,此时,Li⁺离子在体系中以替位和填隙两种方式存在。