近些年来,三价稀土离子掺杂的上转换纳米材料引起了人们的广泛关注。上转换纳米材料可以通过吸收长波光子而发射短波光子。由于具有这种特殊的荧光性质,使得其在生物成像、光动力治疗、上转换激光器以及光学存储等领域有着很好的应用前景。与传统的下转换荧光材料,如有机染料和量子点材料相比,上转换发光材料有很多优势,如谱线窄、寿命长、稳定性好、毒性低等。稀土氟化物,如YF3、LuF₃、β-NaYF₄和β-NaLuF₄等,因为声子能量低,使得其成为了极好的上转换基质材料。本论文以稀土离子激活的氟化物纳米材料为研究对象,并且采用溶剂热法合成纳米颗粒。系统地研究了三明治结构β-NaYF₄:2%Er³⁺/20%Yb³⁺@β-NaYF₄上转换发光增强的机理;发现了β-NaLuF₄:Pr³⁺/Yb³⁺中有效的量子剪裁现象,并且提出了验证量子剪裁下转换发光机制的物理方法;此外,还研究了La³⁺和Y³⁺掺杂对β-NaLuF₄:Er³⁺/Yb³⁺纳米颗粒性质的影响;最后,还合成了LuF₃:Yb³⁺/Er³⁺纳米颗粒,并详细地研究了其上转换发光的性质。具体研究内容及结果如下:1.利用溶剂热法合成了不同壳层厚度的三明治结构β-NaYF₄:2%Er³⁺/20%Yb³⁺@β-NaYF₄纳米颗粒。随着包覆层数的增加,纳米颗粒的上转换发光强度先增强后减弱,当包覆层数达到3层时,上转换发光强度达到最大,此时绿光和红光分别提高了40倍和34倍;再继续包覆,纳米颗粒的上转换发光强度反而减弱,这是由于包覆使得纳米颗粒的尺寸增大进而导致单位面积内有效的发光中心的数目减少而造成的。通过分析荧光光谱和寿命曲线,证明三明治结构对处于激发态的Yb³⁺向纳米颗粒表面的能量传递的抑制是上转换发光强度提高的关键。此外,证明了在β-NaYF₄:2%Er³⁺/20%Yb³⁺纳米材料中,4F9/2(Er³⁺)的布居主要来自于中间能级4I13/2(Er³⁺)的能量传递;而在其体材料中,4F9/2(Er³⁺)的布居主要来自于4S3/2(Er³⁺)与2F5/2(Yb³⁺)的交叉弛豫能量回传过程的贡献。2.在300℃下,利用溶剂热法,合成了掺杂不同浓度La³⁺的β-NaLuF₄:2%Er³⁺/20%Yb³⁺纳米颗粒。La³⁺的掺杂使样品中出现了α-NaLuF₄,并且随着La³⁺掺杂浓度的提高,立方相的比例也逐渐增加。当La³⁺掺杂浓度达到30mol%时,得到纯的立方相Na Lu0.48La0.3Yb0.2Er0.02F4纳米颗粒,尺寸约为8 nm;超过30 mol%后,产生La F3杂相。与不掺杂La³⁺在280℃下合成的α-Na Lu0.78Yb0.2Er0.02F4相比,纳米颗粒表面的-OH减少,从而降低了4I11/2(Er³⁺)向4I13/2(Er³⁺)的无辐射弛豫速率,进而使得绿红比得到提高（3.2倍）。通过分析4S3/2(Er³⁺)和4F9/2(Er³⁺)的衰减曲线,确定了4F9/2(Er³⁺)的布居主要来自于:4I13/2(Er³⁺)+2F5/2(Yb³⁺)→4F9/2(Er³⁺)+2F7/2(Yb³⁺)。此外,样品在980 nm高密度激发下会发生红光三光子过程:4G11/2(Er³⁺)+2F7/2(Yb³⁺)→4F9/2(Er³⁺)+2F5/2(Yb³⁺)。3.在300℃下,利用溶剂热法,合成了掺杂不同浓度Y³⁺的β-NaLuF₄:2%Er³⁺/20%Yb³⁺纳米颗粒。随着Y³⁺浓度的增加未发生相变,但是纳米颗粒的尺寸逐渐减小,其上转换发光强度呈现先增强后减弱的现象,且当Y³⁺掺杂浓度达到30 mol%时上转换发光最强,此时纳米颗粒的尺寸为80 nm。与在相同条件下制备的β-Na Lu0.78Yb0.2Er0.02F4和β-Na Y0.78Yb0.2Er0.02F4相比,其绿色上转换发光分别增强了1.8倍和16倍。利用Eu³⁺作为结构探针,证明了Y³⁺掺杂所引起的晶体场对称性的变化是上转换强度发生变化的原因。此外,样品在980 nm高密度激发下会同时发生绿光三光子过程4G11/2(Er³⁺)+4I15/2(Er³⁺)→2H11/2/4S3/2(Er³⁺)+4I13/2(Er³⁺)和红光三光子过程4G11/2(Er³⁺)+2F7/2(Yb³⁺)→4F9/2(Er³⁺)+2F5/2(Yb³⁺)。4.利用溶剂热法制备了正交相的10 nm的矩形LuF₃:Yb³⁺/Er³⁺纳米颗粒。与具有相似尺寸和相同掺杂浓度的YF3纳米颗粒和α-NaYF₄纳米颗粒相比,LuF₃纳米颗粒的上转换绿光强度分别是YF3纳米颗粒和α-NaYF₄纳米颗粒的18.7倍和5.1倍,上转换红光分别是YF3纳米颗粒和α-NaYF₄纳米颗粒的13.2倍和0.6倍。在980 nm激发下,由于样品中Yb³⁺的浓度较高（20 mol%）,使得4S3/2→4I15/2跃迁和4F9/2→4I15/2跃迁的衰减曲线均表现为单指数形式。而且,样品中绿光和红光的布居过程均为两光子过程。但是由于在测试过程中存在热效应,使得其n值均小于2。最后,我们利用Er³⁺的2H11/2能级与4S3/2能级之间的热平衡关系,证明了热效应的存在。5.利用溶剂热法合成了不同Yb³⁺浓度的β-NaLuF₄:1%Pr³⁺/x%Yb³⁺纳米颗粒。证明了β-NaLuF₄:Pr³⁺/Yb³⁺是一种有效的量子剪裁材料,并且提出了验证量子剪裁下转换发光机制的物理方法。通过分析初始能量传递传递速率与Yb³⁺浓度的关系,我们认为在Yb³⁺浓度极低时,Pr³⁺与Yb³⁺的能量传递方式是两步能量传递;随着Yb³⁺浓度的增加,合作能量传递出现并逐渐增加;当Yb³⁺浓度达到20 mol%时,Pr³⁺与Yb³⁺的能量传递方式仅是合作能量传递。当Yb³⁺浓度为20 mol%时,其理论量子效率（ηTQE）达到了192.2%,非常接近200%的极限值。