以氟化钠和稀土硝酸盐为原料, 柠檬酸钠为表面活性剂, 采用水热法制备出微米级NaYF4∶Yb3+, Er3+上转换发光材料。 通过X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)和荧光光谱仪对所制备样品的晶相、 形貌和发光特性进行了研究。 结果表明, 通过调节NaF/RE3+的比例(5, 6, 7, 8, 9, 11), 实现了样品从立方相到六方相的转变, 样品的立方相和六方相的X射线衍射峰分别与标准卡片PDF#77-2042和PDF#16-0334完全匹配。 由扫描电镜图可以看出, 样品的结晶度高, 分散性好, 形貌从棒状转变为六边形片状。 样品的上转换荧光光谱显示, 随着NaF/RE3+的比例增大, 样品的红绿光发射峰均增强, 样品的520和539 nm处的绿光发射峰对应的是Er3+的2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2的能级跃迁, 而653 nm处的红光发射峰对应的是Er3+的4F9/2→4I15/2的能级跃迁。 由样品的色度坐标图得出, 调节NaF/RE3+的比例还可以实现样品的光色可调, 随着NaF/RE3+的比例增大, 样品的整体发光光色实现了从黄光区到近红光区的移动。 由上述结果可以得出, 通过相对简单的实验方法, 温和的实验条件和相对低廉的材料成本, 仅通过改变原材料中单一组分(NaF)物质的量, 就达到了样品NaYF4∶Yb3+, Er3+晶相、 形貌转变以及发光光色移动的良好控制。 荧光材料的晶相和形貌对其上转换发光的影响在光子器件和生物分析的研究中具有重要的潜在应用。

采用微乳液法制备了纯相立方和六方晶相NaYF4∶Yb3+,Er3+发光材料, 微乳液体系选择了CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)-正丁醇-正辛烷-水。研究了NaF/Y3+比例、反应温度、反应时间和体系pH值等对相形成的影响, 以及陈化、后续热处理温度和时间对颗粒尺寸和发光性能的影响。结果表明: 在NaF/Y3+比例小于5、体系pH=5～6、反应温度为140 ℃、反应时间为24 h的条件下, 可得到立方相α-NaYF4∶Yb3+,Er3+, 粒径约为200 nm; 在NaF/Y3+比例大于5、体系pH=1~4、反应温度为160 ℃、反应时间为60 h以上的条件下, 可得到六方相β-NaYF4∶Yb3+,Er3+, 粒径约为1 μm。样品在980 nm激光激发下, 在521, 529, 541, 549 nm 处有发光峰, 最强发光峰为541 nm, 表现为明亮的绿色。

采用水热法合成了一种非稀土上转换发光材料, 由钠铝氟化物和BaF2组成。 采用X射线衍射(XRD)、 傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对其进行了表征, 分析表明, 钠铝氟化物主要以NaF和Na3AlF6两种晶态存在于BaF2晶体表面, 形成化学复合, 呈现包覆结构。 荧光光谱测试表明, 样品在583 nm可见光和863 nm近红外光室温激发下, 均能产生304和324 nm的宽波段紫外光发射。 时间分辨光谱表明, 发光均有一个上升和衰减过程, 衰减大约自15 ms开始, 磷光寿命大于18.4 ms。 借助上转换发光能量转换过程对发光机理进行了研究, 分析表明, 发光源于量子限制效应的带间光吸收和界面缺陷的光吸收, 发光机制属于量子限制效应-界面发光中心复合发光。

研制了一种以上转换发光材料作为标记物的扫描检测系统，有别于传统的测量方法，可做出定量和多重分析．扫描检测系统以扫描方式逐点测量经生物反应而结合上去的UCP颗粒的含量，记录整个免疫试纸条的信息，计算出被测样品中特定生物分子的浓度．实验结果表明，该系统对兔抗鼠疫免疫球蛋白(IgG)标准样品的检测灵敏度达到百ng／mL量级，且具有变异系数小于6%的重复性，符合生物免疫测定的要求．

为实现对特定生物分子的高灵敏度快速检测与分析,采用上转换发光材料作为标记物,研制成功一台基于上转换发光技术的新型光学免疫生物传感器。该传感器利用上转换发光材料在红外光激发下发射可见磷光的特性,通过对免疫层析试纸条上经生物反应而结合上去的上转换发光材料颗粒的含量进行检测,计算出被测样品中特定生物分子的浓度。实验结果表明,该传感器具有较好的生物特异性,对兔抗鼠疫免疫球蛋白(IgG)标准样品的检测灵敏度达到ng/ml量级,并在200～6000 ng/ml浓度范围内具有良好的线性响应特性,相关系数R2≥0.95;对鼠疫耶尔森氏菌抗体的敏感性明显高于间接血凝实验,且与免疫印迹检测实验结果具有较好的一致性。该传感器具有稳定、可靠、灵敏的工作性能,符合实际检测与分析的要求。