上转换材料作为一种重要的稀土发光材料,可以通过多光子机制将低频光转换为高频光。这一反Stokes发光特性使其在固体激光器、三维立体显示、太阳能电池以及激光防伪等方面都有着广阔的应用前景。稀土上转换纳米颗粒具有毒性低、化学稳定性好、光学稳定性高以及S tokes位移大等优点,并且,作为激发光的近红外光,正处于生物组织的光透射窗口(630-1350m),不仅有效避免了短波激发源对生物组织的损伤,而且还可以提高探测深度,降低生物组织自身的荧光干扰与光散射,从而具有较高的信噪比。这些独特的优势使上转换发光材料在生物成像、药物输送与释放、光动力学治疗等方面都展示了很大的应用潜力。近年来,研究人员在上转换纳米晶的化学合成、性能优化以及生物医学应用等方面做出了大量卓有成效的工作,但在纳米晶的尺寸控制、温度传感性能的研究以及上转换发光效率的提升等方面仍存在很多挑战。另外,上转换发光材料的多功能化也是当前研究的热点,但仍需通过进一步的努力实现各种功能的最优组合。本论文的工作是基于上转换发光材料在生物医学应用中所面临的这几点问题有针对性地开展研究,具体内容如下：采用稀土乙酸盐为前驱体在高沸点溶剂中制备NaYF4:Yb3+, Er3+上转换纳米晶,系统研究了不同合成条件下获得的颗粒形貌与晶体结构,揭示了NaYF4:Yb3+, Er3+上转换纳米晶的相变反应机制,从而建立了上转换纳米颗粒的生长模型。并在此基础上通过调节原料比、溶剂比等参数实现了对颗粒尺寸与形貌的控制。通过调节反应物含量与改变加热制度两种方法,对β-NaYF4:Yb3+,Er3+上转换纳米颗粒的形核与生长过程进行控制,在提高纳米晶成核率的同时,抑制其长大速率,从而实现了超小β-NaYF4:Yb3+, Er3+上转换纳米颗粒(<20nm)的合成。分别研究了颗粒形貌与表面结构等因素对温度传感性能的影响,从而设计了可靠性高、适应能力强、稳定性好的上转换纳米温度计；研究了不同尺寸的Yb3+/Ln3+(Ln=Er, Tm, Ho)共掺上转换纳米晶的变温发光性能,首次发现了具有尺寸依赖性的反常上转换发光热致强化现象；在此基础上,实现了上转换纳米晶在多色温度指示与防伪技术方面的新型应用。在制备NaYF4:Yb3+, Er3+@Si02@Au复合纳米结构的基础上,首先研究了Au颗粒吸附与Au壳包覆对上转换发光强度的影响,发现Au纳米结构的存在会显著降低NaYF4:Yb3+, Er3+纳米晶的发光强度。对NaYF4:Yb3+, Er3+@Si02@Au复合纳米结构的多功能集成性能进行了系统的研究,发现这一复合纳米结构可同时实现上转换发光、温度传感以及光热转换等多种功能的集成,因此,在生物医学成像、细胞温度监测以及光热治疗等方面具有很大的应用前景。