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上转换荧光材料在红外辐射激发下能够发射出可见光，甚至紫外光，所以广泛应用于固态激光器、生物分子荧光标记、红外辐射探测等领域。ZrO2作为生物荧光标记材料不适于直接进入生物体内，而经过纳米复合后制成的SiO2包覆的纳米荧光粉，更容易分散并易于和有机物结合，进而能与生物分子结合，可作为生物荧光标记材料。
本研究采用反相微乳液法分别制备了单掺Er3+离子的ZrO2纳米粉、双掺Er3+离子与Yb3+离子的ZrO2纳米粉、双掺Tm3+离子与Yb3+离子的ZrO2纳米粉、三掺Tm3+离子、Er3+离子与Yb3+离子的ZrO2纳米粉，并且制备了SiO2包覆的ZrO2纳米粉。制备稀土掺杂的ZrO2纳米粉的方法是：在硝酸氧锆的水溶液中，掺入不同浓度的Er(NO3)3或Yb(NO3)3或Tm(NO3)3，以环己烷为油相，NP9，NP5为表面活性剂，搅拌一定时间后形成稳定的微乳液。采用丙酮破乳，得到白色的前驱体，高温烧结后就可得到稀土掺杂的ZrO2纳米粉。通过X射线衍射分析得知，以ZrO2为基体的纳米荧光粉为立方氧化锆，没有其他杂相出现。通过TEM分析得知，以ZrO2为基体的纳米荧光粉的平均粒径为15 nm左右，纳米颗粒没有明显的团聚现象出现。若用SiO2包覆则可以看到表面SiO2包覆层。上转换发光光谱和能级跃迁图分析表明，以ZrO2为基体的纳米荧光粉，单掺Er3+离子在功率为2W的980 nm半导体激光器激发下，所制备的纳米晶粉体能够发射出明亮的绿色和红色上转换荧光。双掺Er3+离子与Yb3+离子，在功率为2W的980 nm半导体激光器激发下，所制备的纳米晶粉体能够发射出明亮的绿色和红色上转换荧光。通过研究发光强度与激发功率的关系可知：单掺Er3+离子的红色上转换和绿色上转换是三光子过程，双掺Er3+离子与Yb3+离子的红色上转换和绿色上转换是双光子过程，双掺Tm3+，Yb3+离子的蓝色上转换为三光子过程。如果经过SiO2包覆表面修饰，纳米荧光粉的发光强度就会有所减弱，这主要是因为包覆样品的声子能量增加。双掺Er3+离子与Yb3+离子，可以发现当Er3+离子的含量固定为1％不变而只改变掺Yb3+离子的含量。随着Yb3+离子的含量逐渐增加，上转换图谱由绿色上转换向红色上转换转移。这主要是由Yb3+离子的敏化作用增强而引起的。这说明发生了4S3/2/2H11/2→4I15/2跃迁向4F9/2→4I15/2跃迁的转移。