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稀土离子之间的交叉驰豫能量传递在上转换纳米材料的发光过程中起着至关重要的作用。迄今为止，如何调控稀土离子之间的交叉驰豫能量传递过程仍然是大家面临一重大难题。在本论文中，首次在单根KSc2F7纳米棒上构筑了一种新颖的多层结构，将上转换离子对(yb3+/X3+，X=Er,Tm，Ho)分别掺入到纳米棒的不同部位，并在其间嵌入厚度可调的纯基质插入层来调节稀土离子之间的距离，以达到调控稀土离子之间交叉弛豫能量传递之目的。相比于传统的共掺上转换纳米材料，其上转换荧光强度最大提高了70倍，上转换绝对量子产率也有大幅提高。本论文所开展的研究为更好地调控稀土掺杂纳米材料的能量传递开拓了新思路，也为其在单纳米颗粒上转换防伪应用等领域奠定了良好基础。本论文的主要研究内容简要概括如下: 首先，通过一种分步外延生长的热分解法，将yb3+/X3+三种上转换离子对分别嵌入到单根KSc2F7一维纳米棒的不同部位，得到了蓝色、绿色和红色的上转换发光。通过人为构筑厚度可调的纯KSc2F7基质层以分离三种不同的上转换离子对，从而消除交叉弛豫能量传递造成的能量损失。利用一锅煮的反应条件，可以得到～1.5g产率高达93％的多层结构KSc2F7一维纳米棒，例如KSc2F7∶Yb/Tm@KSc2F7@KSc2F7∶Yb/Er@KSc2F7@KSc2F7∶Yb/Ho@KSc2F7(记作Tm@Er@Ho@Pure)。 其次，为了证明多层结构设计的可行性，探究了Tm@Er@Ho@Pure的上转换光学性能。其发光强度大大提高，相比于常规方法制备的Tm3+/Er3+/Ho3+共掺纳米棒提高了约70倍，这个结果清晰地表明KSc2F7基质层在提高多层结构的KSc2F7纳米棒的上转换发光效率方面起了主要作用。同时，在波长为980nm的激发光激发下，Tm@Er@Ho@Pure的绝对量子产率也提高到了3.9％，远远高于常规方法制备的Tm3+/Er3+/Ho3+共掺纳米棒的0.2％。利用时间分辨的荧光光谱，发现KSc2F7基质层对Tm3+、Er3+与Ho3+之间的交叉弛豫作用的成功抑制是Tm@Er@Ho@Pure上转换发光性能增强的主要原因。 再次，利用多层结构的设计，可以得到许多种类消除了交叉弛豫能量传递影响的不同稀土离子对掺杂的KSc2F7纳米材料。通过改变不同稀土离子对在单根纳米棒上的组合和位置，总共可以得到64(即4×4×4)种涵盖蓝色到红色上转换发光颜色的KSc2F7纳米材料。因此，所设计合成的新颖结构KSc2F7纳米棒在上转换防伪应用中展现出了巨大的潜力。作为一类基于单根纳米材料的新型上转换编码材料，分层结构的KSc2F7纳米材料可以大大避免之前所报道的NaYF4微米棒仅利用两个尖端用于防伪编码的设计缺陷，因此在实际的防伪应用中也更加难以复制。 最后，采用热分解法，合成了“卜”字型的KSc2F7与KGd2F7复合纳米材料，不仅具备KSc2F7良好的上转换光学性能，有发光亮度强、荧光寿命长、量子产率高等优点，同时还具备KGd2F7良好的磁学性能。在生物科学和生物医学的领域中，KSc2F7与KGd2F7复合纳米材料可以作为结合上转换生物标记与磁共振显影试剂，进行异相分析。这为其在多功能生物荧光标记分析方面中提供了广阔的应用前景。