近红外 (NIR)光电检测技术的应用非常广泛, 如日常生活中的生物热成像仪、生物追踪、运动手表等, 以及****中的无人机、导弹制导、生产自动化等领域均扮演着重要的角色, 具有波长选择性的 NIR PDs在红外成像、环境监测、医疗检测、光通信等领域有着广阔的应用前景, 开发易于集成、高灵敏度、低泵浦阈值的 NIR I-II区的多波段选择性 PDs, 对加密通信生物分析等领域的发展具有重要意义。目前, 波长选择性光电探测技术的应用, 侧重于集成多个不同带隙, 且对 NIR有不同的光响应能力的半导体材料, 但这不仅增加了器件的制备成本和设计上的复杂性, 又严重影响其稳定性。稀土离子(RE3+)掺杂上转换纳米晶(UCNCs)具有大 Stokes/反 Stokes位移以及优异的光稳定性, 吸收 NIR光子后将其转化为 UV/Vis光子, 被窄带隙半导体材料吸收。UCNCs因为具有窄带 NIR波长选择性吸收特性等优点, 被视为一种优异的光敏材料, 为开发新一代的波长选择性 PDs提供了解决方案。研究表明: UCNCs的光电检测中, UCNCs与钙钛矿、石墨烯、 MoS2的结合可以使 PDs展现出更好的光响应能力, 实现单个组件无法获得的更大的光谱范围。但在实际应用中, 仍需面临 UCNCs的荧光效率低、泵浦阈值高的问题。本文综述了近年来利用稀土掺杂 UCNCs作为光活性材料用于 NIR PDs的研究进展, 主要包括: 提高 UCNCs发光效率 /发光强度以实现窄带 NIR探测的几种主要策略； UCNCs与钙钛矿、石墨烯、 MoS2结合应用于 NIR PDs的研究现状；稀土掺杂上转换钙钛矿基 NIR PDs的昀新研究进展。

稀土上转换发光材料在太阳能电池、近红外防伪、生物应用等领域展示了广泛的应用前景, 但还存在发光效率低、吸收截面小等亟待解决的瓶颈问题。上转换纳米晶的局域电磁场调制是提高其发光强度/效率的最有效的方法之一。本文系统地总结与阐述了近年来国内外在利用贵金属/半导体纳米材料的表面等离子体效应和光子晶体效应诱导上转换增强方面的研究进展。首先介绍了局域场增强上转换发光的基本原理; 在此基础上介绍了关于局域场调制增强上转换发光的主要研究工作; 总结了采用局域场调控获取高效上转换发光的基本规律。

在基于荧光共振能量传递(FRET)的均相分析中, 小尺寸的上转换发光纳米晶(UCNPs)用作供体被认为有很大的优势。 通过配体交换的方式制备了大小约12 nm、 表面带有氨基的水溶性 NaYF4∶Er3+, Yb3+ UCNPs。 傅里叶变换红外光谱证明配体交换成功; 扫描电镜表明UCNPs的形貌和尺寸没有改变; 圆二色光谱表征亲合素偶联UCNPs前后二级结构变化较小。 以亲合素化的NaYF4∶Er3+, Yb3+ UCNPs为供体; 受体为生物素标记的藻红蛋白。 通过亲合素—生物素系统拉近供体和受体, 引发共振能量传递。 当体系中加入自由的生物素分子, 它们竞争地与UCNPs表面的亲合素结合, 抑制能量传递过程, 从而荧光光谱发生变化。 根据这种光谱变化与加入生物素量之间的关系, 对其进行定量检测, 获得了纳摩尔级的检测限。

不理想的发光上转换纳米晶(UCNPs)表面效应成为其生物标记的主要障碍。本文合成了表面带有氨基功能基团的水溶性NaYF4∶Yb3+, Er3+ UCNPs, 并通过共价偶联的方式将聚乙二醇(PEG)分子修饰到其表面。光谱测试表明纳米晶的发光性质基本没有变化, 扫描电镜结果说明修饰的PEG分子在一定程度上减少了纳米晶的聚集。最后, 细胞毒性实验证明这种修饰后的上转换纳米晶具有良好的生物相容性。