近年来,硅纳米粒子(Si NPs)在许多领域引起了科学家们的广泛关注。造成这一现象的原因除了硅自身的优点,比如储量丰富、成本低廉、毒性很小等等,还包括硅材料良好的生物相容性以及它能够与硅半导体产业实现优良的结合。因此,硅纳米粒子己被认为是一种在如光电子和生物医学等领域可替代经典的含有II-VI族重金属量子点(QDs)的材料。然而,在光学性能方面,硅纳米粒子目前还明显不如基于直接带隙跃迁的II-VI族量子点。例如,到目前为止,硅纳米粒子的量子产率仍然偏低,应用也仍然局限于几个特定的领域。因此,对于硅纳米粒子而言,寻求有效的方法来提升其光学性能,并进一步挖掘有价值的应用仍是亟待解决的一个关键问题。在本文的研究工作中,我们首先通过一种特殊设计的表面化学改性方法,得到了一种具有超高量子产率的水分散性硅纳米粒子。我们仅通过一步简单的表面化学反应,就成功的将硅纳米粒子的光致发光量子产率从8%提升至75%左右,同时使得制得的硅纳米粒子具有了良好的水分散性。此外,我们采用不同的有机小分子对硅纳米粒子进行表面修饰,进一步研究了表面修饰物质结构的不同对于硅纳米粒子发光性能的影响。随后,我们运用近代物理学中的超快时间分辨光谱技术,深入研究了这种超强荧光的发光机制。通过时间相关单光子计数法(TCSPC)以及飞秒时间分辨荧光和吸收光谱研究了这种超高量子产率荧光的发光机理,我们证明了表面改性在硅纳米粒子表面引入了一个单一且高效率的发光中心。此外,我们尝试将硅纳米粒子进一步运用在更多的领域。如基于其相对较长的荧光寿命与单指数衰减的特性以及其荧光性能和温度间的关系,我们开发出了一种硅纳米粒子纳米荧光温度计,首次实现了纳米硅材料在低于微米的尺度上对温度的准确测量。又如,我们通过先将硅纳米粒子与粘土片层结合,再与丝蛋白共混的方法首次得到了一种基于纳米硅的高亮度且具有稳定发光性能的大面积发光复合膜。