上轉(zhuǎn)換納米發(fā)光材料(UCNPs)是一種能在長波長光激發(fā)下發(fā)出短波長光的發(fā)光材料.UCNPs在980 nm紅外光激發(fā)下,能發(fā)出不同顏色的可見光,可以提高信噪比,所以UCNPs在三維立體顯示、上轉(zhuǎn)換激光器、紅外探測、生物成像及生物檢測等方面有普遍的應(yīng)用前景。
上轉(zhuǎn)換納米材料的發(fā)光機(jī)理：

上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程主要來自于稀土離子內(nèi)4f-4f軌道電子躍遷。在外層的5s和5p電子屏蔽下，稀土離子的4f電子能夠發(fā)出尖銳的線狀發(fā)射峰，從而能很好地抗光漂白和光降解。此外，雖然稀土離子內(nèi)層4f電子躍遷基于量子選擇力學(xué)是禁止的，但是局部晶體場誘導(dǎo)混合更高電子構(gòu)型的f組態(tài)后，4f電子間可以發(fā)生弛豫。由于4f-4f電子間躍遷禁止，三價稀土離子通常具有長壽命發(fā)光(達(dá)毫秒級別)，因此其激發(fā)態(tài)能夠連續(xù)吸收幾個光子，并且允許激發(fā)態(tài)離子間發(fā)生相互作用，從而發(fā)生稀土離子間的能量轉(zhuǎn)移過程。摻雜稀土離子的這些特點決定了基本的上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制，包括激發(fā)態(tài)吸收、能量轉(zhuǎn)移上轉(zhuǎn)換、光子雪崩、協(xié)同能量轉(zhuǎn)移、能量遷移上轉(zhuǎn)換。

上轉(zhuǎn)換納米材料的合成及其光學(xué)性能：

稀土摻雜的NaYF4上轉(zhuǎn)換熒光粉由于優(yōu)良的化學(xué)以及發(fā)光性能，包括低聲子能量、窄發(fā)射峰，長熒光壽命，較強(qiáng)的光穩(wěn)定性和低毒性，制備上轉(zhuǎn)化發(fā)光效率比較高、形貌可控、粒徑又相對比較小的納米粒子，以便用于生物檢測應(yīng)用：　　
1、通過水熱法，成功合成了大小為100-200nm，晶相單一的球形NaYF4：Yb/Er上轉(zhuǎn)換納米材料。并通過改變氟源的用量來調(diào)整產(chǎn)物的晶相，形貌以及尺寸大小。而通過添加EDTA，使之與稀土金屬離子絡(luò)合，可以限制晶體的形貌生長的各項異性，使之生成漂亮的球形產(chǎn)物。　　
2、用微乳液(水/乙醇/油酸鈉/油酸/正己烷)的界面控制反應(yīng)來合成NaYF4：Yb/Er，通過實驗制得該體系的相圖并找出適合的水包油微乳液，來合成目標(biāo)上轉(zhuǎn)換納米材料，TEM和XRD測量表明，所制備的納米粒子呈球形，單分散，大小均勻，尺寸約為20nm，并具有良好的結(jié)晶立方相。這些粒子在非極性有機(jī)溶劑中有良好的分散性，并在980nm的激光照射下發(fā)出橙色的上轉(zhuǎn)換發(fā)光。　　
3、通過鑭系摻雜，在NaYF4基質(zhì)中摻雜一定量的稀土金屬Gd，綜合利用微乳法和水熱法來合成上轉(zhuǎn)換納米材料，且通過改變反應(yīng)條件，成功合成了小尺寸的六方相晶型的NaYF4，即合成單分散，高產(chǎn)率，小尺寸，純六方相的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，并用熱力學(xué)(包括有機(jī)表面活性劑影響和“滲透-控制生長”機(jī)理影響)及動力學(xué)兩種方式對小尺寸六方體形貌控制機(jī)理。