上转换发光材料研究进展和应用
稀土上转换发光纳米材料的制备及其在生物医学成像中的应用
稀土上转换发光纳米材料的制备及其在生物医学成像中的应用一、本文概述随着科技的快速发展，稀土上转换发光纳米材料（Upconversion Luminescent Nanomaterials, UCNMs）因其在生物医学成像领域的独特优势，日益受到研究者们的关注。
本文旨在深入探讨稀土上转换发光纳米材料的制备方法，并系统阐述其在生物医学成像中的应用。
我们将从材料合成的角度出发，详细介绍不同制备方法的优缺点，以及如何通过优化制备过程来提高纳米材料的性能。
我们还将重点分析稀土上转换发光纳米材料在生物医学成像中的实际应用，包括其在细胞标记、活体成像以及疾病诊断等方面的最新研究进展。
通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个全面、深入的视角，以理解稀土上转换发光纳米材料在生物医学成像领域的发展现状和未来趋势。
二、稀土上转换发光纳米材料的制备稀土上转换发光纳米材料，作为一种独特的纳米发光材料，其独特的发光性质使其在生物医学成像领域具有广阔的应用前景。
制备这种纳米材料的关键在于精确控制其组成、形貌和尺寸，以实现高效的上转换发光性能。
一般来说，稀土上转换发光纳米材料的制备主要包括以下几个步骤：选择合适的稀土离子作为发光中心，如Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺等，这些离子具有丰富的能级结构和独特的发光特性。
选择合适的基质材料，如NaYF₄、NaLuF₄等，这些基质材料具有良好的化学稳定性和较高的声子能量，有利于实现高效的上转换发光。
在制备过程中，通常采用溶液法、热分解法、溶胶-凝胶法等化学方法来合成稀土上转换发光纳米材料。
其中，热分解法是一种常用的制备方法，它通过高温热解稀土离子的有机盐，得到高质量的纳米晶体。
为了进一步提高上转换发光性能，研究者还常常采用表面修饰、核壳结构等方法对纳米材料进行改性。
在制备过程中，还需要注意控制实验条件，如反应温度、反应时间、溶剂种类等，以实现对纳米材料形貌、尺寸和发光性能的有效调控。
上转换发光材料
1966年， 法国科学家Auzel在研究钨酸镱 钠玻璃时，意外发现，当基质材料中掺入 Yb3+ 离子时，Er 3+、 Ho3+和 Tm3+离子 在红外光激发时，可见发光几乎提高了两 个数量级，由此正式提出了“上转换发光” 的概念
发展 历程
1968年，制出第一个有实用价值的上 转换材料LaF3，一时间Yb,Er 成为研 究热点； 20世纪 90年代初： 在低温下(液氮温 度)在掺Er3+：CaF2晶体中上转换发光 效率高达25%
• 其中就上转换发光效率而言，一般认为氯化物＞氟化物＞ 氧化物，这是单纯从材料的声子能量方面来考虑的，这个 顺序恰与材料的结构稳定性顺序相反。
• NaYF4是目前上转换发光效率最高的基质材料
发展历程
1959年，Bloeberge用960nm的红外 光激发多晶ZnS ，观察到 525nm的 绿色发光。 1962年，此种现象又在硒化物中得 到了进一步的证实。
分类
• 根据掺杂离子分类可将上转换材料可分为单掺和双掺两种
• 单掺材料利用稀土离子f-f禁戒跃迁，效率不高。 • 双掺稀土离子则是以高浓度掺入一个敏化离子，其激发态
高于激活离子激发亚稳态，因此可将吸收的红外光子能量 传递给这些激活离子，发生双光子或多光子加和，从而实 现上转换过程。
分类
• 根据基质材料可分为5类，包括氟化物、氧化物、氟氧化 物、卤化物和含硫化合物。
上转换发光材料的应用（一）
• 基ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ上转换发光的活体成像技术
上转换发光材料的应用（一）
• 上转化纳米材料料在 肿瘤靶向成像中的应用
上转换发光材料的应用
• 生物成像 • 防伪技术 • 红外探测 • 显示技术
上转换发光材料报告
关于上转换发光材料的报告上转换发光，即:反-斯托克斯发光(Anti-Stokes)，由斯托克斯定律而来。
斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的、频率高的材料激发出波长长的、频率低的光。
比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。
但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。
其原理有激发态吸收(ESA)、能量传递上转换(ETU)和光子雪崩(PA)三种。
上转换纳米颗粒通常由无机基质及镶嵌在其中的稀土掺杂离子组成。
尽管理论上大多数稀土离子都可以上转换发光，而事实上低泵浦功率(10W/cm2)激发下，只有和作为激活离子时才有可见光被观察到，原因是这些离子具有较均匀分立的能级可以促进光子吸收和能量转移等上转换所涉及的过程。
为了增强上转换效率，通常作为敏化剂与激活剂一同掺杂，因其近红外光谱显示其有较宽的吸收域。
作为一条经验法则，为了尽量避免激发能量因交叉弛豫而造成的损失，在敏化剂-激活剂体系中，激活剂的掺杂浓度应不超过2%。
上转换过程的发生主要依赖于掺杂的稀土离子的阶梯状能级。
然而基质的晶体结构和光学性质在提高上转换效率方面也起到重要作用，因而基质的选择至关重要。
用以激发激活离子的能量可能会被基质振动吸收。
基质晶体结构的不同也会导致激活离子周围的晶体场的变化，从而引起纳米颗粒光学性质的变化。
优质的基质应具备以下几种性质:在于特定波长范围内有较好的透光性，有较低的声子能和较高的光致损伤阈值。
此外，为实现高浓度掺杂基质与掺杂离子应有较好的晶格匹配性。
综上考虑，稀土金属、碱土金属和部分过渡金属离子的无机化合物可以作为较理想的稀土离子掺杂基质。
尽管目前UC颗粒已有许多合成方法，为了得到高效的UC发光产品，许多研究仍致力于探寻合成高晶化度的UC颗粒。
具有较好晶体结构的纳米颗粒，其掺杂离子周围有较强的晶体场，且因晶体缺陷而导致的能量损失较少。
稀土上转换发光纳米材料
“稀土上转换发光纳米材料”资料合集目录一、稀土上转换发光纳米材料的应用二、稀土上转换发光纳米材料用于近红外光激发的光动力治疗联合肿瘤基因治疗的研究三、稀土上转换发光纳米材料用于小动物成像研究四、稀土上转换发光纳米材料及生物传感研究进展五、稀土上转换发光纳米材料的制备及生物医学应用研究进展六、稀土上转换发光纳米材料的制备及其在生物医学成像中的应用稀土上转换发光纳米材料的应用随着社会的快速发展，能源问题已成为全球关注的焦点。
太阳能作为一种清洁、可再生的能源，具有巨大的开发潜力。
有机太阳能电池作为一种新型的太阳能电池，因其独特的优点和潜在的应用前景，受到了广泛关注。
本文将对有机太阳能电池的研究现状与进展进行简要概述。
有机太阳能电池是一种利用有机材料制成光电转换器件的太阳能电池。
相较于传统的硅基太阳能电池，有机太阳能电池具有质量轻、可弯曲、制备工艺简单等优点。
同时，有机材料种类繁多，可选择性广，有助于实现低成本、高性能的太阳能电池制备。
目前，有机太阳能电池的研究主要集中在以下几个方面：材料设计：针对有机太阳能电池的光电转换效率、稳定性等性能指标，设计并合成新型有机材料是关键。
研究人员通过分子设计、材料掺杂等技术手段，不断提高有机材料的吸收能力、电荷传输性能和稳定性。
界面工程：界面结构对有机太阳能电池的性能具有重要影响。
研究人员通过优化电极界面、活性层与电极之间的界面结构，降低界面电阻，提高电荷的收集效率。
器件结构：器件结构是影响有机太阳能电池性能的重要因素之一。
目前常见的器件结构有单层结构、双层结构和多层结构等。
研究人员通过优化器件结构，提高光电转换效率和稳定性。
工艺优化：制备工艺对有机太阳能电池的性能和成本具有重要影响。
研究人员通过优化制备工艺，实现低成本、高效、大规模的制备。
近年来，有机太阳能电池的研究取得了显著进展。
在材料设计方面，新型有机材料不断涌现，光电转换效率得到了显著提升。
在界面工程和器件结构方面，通过优化设计，提高了电荷的传输和收集效率，同时降低了能量损失。
上转换发光材料及发光效率研究及展望
上转换发光材料及发光效率研究及展望在现代的光电子技术领域，上转换发光材料是一种十分重要的材料，其可以将低能量的光转换为高能量的光，并且具有高效率的特点。
上转换发光材料在LED制造、激光技术以及生物分析等领域都有着广泛的应用，并且在未来还有很大的发展潜力。
上转换发光材料的主要原理是通过吸收低能量的光，并将其能量由非辐射跃迁转移到高能级激发态，从而发射出高能量的光。
一种常见的上转换发光材料是稀土离子掺杂材料，如YAG：Ce材料。
在这个材料中，铈离子可以吸收紫外光，并将其转移到高能级的氧空位，然后通过辐射跃迁释放出蓝光。
为了提高上转换发光材料的发光效率，目前的研究主要集中在两个方面：一是优化材料的结构和组分，二是改善能量传输的过程。
对于材料的结构和组分的优化，研究人员通过调节材料的晶格结构、掺杂浓度以及添加辅助剂等方式来提高发光效率。
例如，研究人员改变YAG材料的晶格结构，将其转变为纳米晶体，可以增强材料的上转换发光效率。
此外，通过调节掺杂浓度和添加适量的辅助剂，也可以有效地改善材料的上转换效果。
另一方面，改善能量传输的过程也是提高上转换发光效率的关键。
目前，研究人员主要采用能量转移杂化的方法来实现高效能量传输。
通过将异质结构、量子点等功能层引入上转换发光材料中，可以实现能量转移的优化，从而提高发光效率。
例如，在稀土离子掺杂材料中引入量子点层，可以实现能量级间的匹配，从而提高发光效率。
展望未来，上转换发光材料的研究还有很大的发展潜力。
一方面，随着材料科学与纳米技术的不断发展，研究人员可以设计和合成更加高效的上转换发光材料。
另一方面，随着激光技术、光通信以及生物分析等领域的快速发展，对于高效的发光材料的需求不断增加，这将进一步推动上转换发光材料的研究。
综上所述，上转换发光材料是一种具有广泛应用前景和发展潜力的材料。
通过优化材料的结构和组分以及改善能量传输的过程，可以提高材料的发光效率。
展望未来，上转换发光材料的研究将在材料设计和合成、激光技术等领域取得更大的突破，为光电子技术的发展做出更大的贡献。
上转换发光纳米粒子表面修饰及应用研究进展
上转换发光纳米粒子表面修饰及应用研究进展梁紫璐;毕水莲;罗永文;王宗源【摘要】Because of upconversion fluorescent nanoparticles technology which is the fast, accurate and effi-cient detection of the harmful factors in the food, it has become a hot spot of food inspection detection technolo-gy. The surface modification and preparation methods of the upconverting nanoparticles have become the key to the application of the technology in food inspection. This paper reviewed synthesis method and the surface modi-fication of the upconverting nanoparticles, and the application of the surface modification of the upconverting nanoparticles in food inspection.%由于上转换发光纳米技术能够快速、准确、高效的检测食品中的危害因素,因此成为了食品安全检测技术研究的热点.上转换发光纳米粒子的合成与表面修饰是上转换发光纳米技术在食品安全检测中运用的关键.因此介绍上转换发光纳米粒子的合成方法和表面修饰,以及在食品安全检测中上转换发光纳米材料表面修饰的应用情况.【期刊名称】《食品研究与开发》【年(卷),期】2017(038)019【总页数】5页(P216-220)【关键词】上转换发光纳米技术;上转换发光纳米粒子;表面修饰;食品安全检测【作者】梁紫璐;毕水莲;罗永文;王宗源【作者单位】广东药科大学食品科学学院,广东中山528458;广东药科大学公共卫生学院,广东广州510006;广东药科大学食品科学学院,广东中山528458;华南农业大学兽医学院,广东广州510642;广东药科大学食品科学学院,广东中山528458【正文语种】中文Abstract：Because of upconversion fluorescent nanoparticles technology which is the fast，accurate and efficient detection of the harmful factors in the food，it has become a hot spot of food inspection detection technology.The surface modification and preparation methods of the upconverting nanoparticles have become the key to the application of the technology in food inspection.This paper reviewed synthesis method and the surface modification of the upconverting nanoparticles，and the application of the surface modification of the upconverting nanoparticlesin food inspection.Key words：upconversion fluorescent nanoparticles technology；upconverting nanoparticles； surface modification；food inspection上转换发光纳米材料（Upconverting Nanoparticles，UCNPs）是将长波长激发光转换成短波长发射光的新型荧光探针材料，具有独特的发光性质和良好的化学稳定性。
上转换发光
上转换技术的应用进展
上转换发光材料在诸领域有着潜在的应 用前景。目前国际国内研究工作主要是 围绕在上转换激光器、三维立体显示、 生物荧光标记等方面进行。
（一）上转换激光器
能量转移 ( ET)
光子雪崩过程( PA)
1979 年Chivian等研 究Pr 3 + 离子在 LaCl 3 晶体中的上转换发光 时首次提出。 “光 子雪崩”是 ESA 和 ET 相结合的过程
上转换发光分类
上转换发光优点
降低光致电离作用引起基质材料的衰退 ; 不需要严格的相位匹配, 对激发波长的稳
定性要求不高; 输出波长具有一定的可调谐性。
掺杂Er3+的材料
通过两步或者更多步 的光子吸收实现上转 换过程。单掺Er3+的 材料，吸收 800 nm 的辐射，跃迁至可产 生绿色发射的4S3/2能 级。
图 800nm条件下 Er 3+ 离子的上转换发光机制
Bi2 WO6 ∶Er 3+
范等利用用水热法合成了花状 Bi2 WO6 ∶Er 3+球 型样品具有纯绿色上转换荧光， Er 3+ 离子的掺 杂提高了罗丹明 B 的吸附量以及 Bi2 WO6光催化 活性。
The end Thank you!
上转换材料的发展前景
节能环保是当今世界的主流, 扩大上转 换材料的应用范围自然也要以此为出发 点, 因此以上转换材料作为白光LED的荧 光物质是个不错的选择。目前, 市场上 的白光LED都是以紫外光激发的下转换材 料为荧光物质, 存在专利垄断、荧光物 质性能要求高、价格昂贵等问题。如果 能够研制出白光LED用上转换荧光物质, 将填补红外激发白光LED的空白, 市场前 景巨大。
上转换发光材料的制备、性能及应用研究
上转换发光材料的制备、性能及应用研究上转换发光材料是一种具有广阔应用前景的新兴材料。
本文将介绍上转换发光材料的制备方法、性能特点以及其在不同领域中的应用研究进展。
上转换发光材料是一种能够将低能量的激发光转换为高能量的发光现象的材料。
它与传统的下转换发光材料不同，后者是将高能量的激发光转换为低能量的发光。
上转换发光材料在生物医学成像、显示技术、能源转换等众多领域具有广泛的应用前景。
上转换发光材料的制备主要包括物理法和化学法两种方法。
物理法主要利用高能粒子注入或离子注入的方式在晶格中引入能级，从而实现上转换发光。
化学法则是通过掺杂或配位原子的方式，改变晶格结构或能带结构，实现上转换发光效果。
这两种制备方法各有特点，可以根据具体需求选择合适的方法。
上转换发光材料的性能特点主要体现在以下几个方面。
首先，上转换发光材料具有较高的上转换效率，能够将低能量的激发光转换为高能量的发光，从而提高能量利用效率。
其次，上转换发光材料具有较宽的光谱范围，可以实现多色发光，满足不同应用的需求。
另外，上转换发光材料具有较长的激发寿命，对于进行长时间激发发光的应用具有较大优势。
最后，上转换发光材料还具有较高的光学稳定性和化学稳定性，能够在不同环境下稳定发光，具有较长的使用寿命。
在生物医学成像领域，上转换发光材料被广泛应用于生物标记和活体成像。
由于其较长的激发寿命和较宽的光谱范围，上转换发光材料可以通过激发发光的方式实现对生物样本的高对比度成像。
同时，上转换发光材料具有较高的光学稳定性和化学稳定性，能够在生物体内稳定发光，对生物体无毒副作用。
在显示技术领域，上转换发光材料能够实现全彩色显示。
由于其较宽的光谱范围，上转换发光材料可以发射多种颜色的发光，从而实现更丰富的显示效果。
另外，由于其较高的光学稳定性和化学稳定性，上转换发光材料能够在长时间使用中保持较好的显示效果。
在能源转换领域，上转换发光材料被应用于太阳能电池和发光二极管中。
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上转换过程形式
应用：
a、以氨水为沉淀剂，制备出性能良好的Er3+：Y2O3上转换
发光纳米粉。 b、以EDTA为螯合剂，合成纳米级Ho3+、Yb3+共掺杂的NaYF4 上转换荧光材料。 c、以分子束外延法，在CaF2的基片上形成掺有Er3+的LaF3 薄膜。
上转换过程形式
应用：
a、以氨水为沉淀剂，制备出性能良好的Er3+：Y2O3上转换
参考文献
2011.05.26
在水热条件下，反应物以各种配合物的形式进行溶解。
优点：所需温度低、生成过程容易控制、合成材料晶相好，物相均 匀，产率高。
应用：合成了多种上转换材料：NaYF4：Ho3+、Tm3+、Yb3+，
YLiF4：Er3+、Tm3+、Yb3+， KZnF3:Er3+、Yb3+等
上转换材料的合成 （三）溶胶-凝胶法
泵浦光能量对应离子的E2 和E3能级。 E2能级上的一个离子吸收该能量后被激发到E3能 级。 E3 能级与E1能级发生CR过程, 离子都被积累到 E2能级上, 使得E2能级上的粒子数像雪崩一样增 加。
上转换发光的影响因素
时间
上转换过程的中间态 能级有足够长的寿命， 以保证激发态离子有 足够的时间来参与上 转换的发光或是其他 的光物理过程。
稀土激活离子
阴离子的相互作用强， 上转换发光强度低； 周围对称性低有利于 提高发光强度；阳离 子价态高对上转换发
泵浦的途径
泵浦波长中存在一 个最优的激发波长， 因此应做出正确的 选择
光有利。
上转换技术的应用进展
上转换发光材料在诸领域有着潜在的 应用前景。目前国际国内研究工作主要是 围绕在上转换激光器、三维立体显示、生 物荧光标记等方面进行。
上转换发光是一种反-斯托克斯发光，由斯托 克斯定律[1]而来。
上转换发光的机理
斯托克斯定律： 材料只能受到高能量的斯托克斯光激发，发出低 能量的光。即，波长短的频率高的激发出波长长的频 率低的光。比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激 发出黄色光，或者可见光激发出红外线。
上转换发光的机理
综上所述，
激发态的同一类型的离子之间,为三个离子之间 的相互作用。
原理如图1-4:
处于同一激发态的两个离子将能量同时传递给 一个位于基态能级的离子使其跃迁至更高的激
发态能级， 而另外两个离子则无辐射驰豫返回
基态[7]。
上转换过程形式
（三）“光子雪崩”过程——ESA和
ET相结合的过程。 其原理如图1-5:
只要高能级上粒子数足够多, 形成粒子数反转, 就可实 现较高频率的激光发射, 出现上转换发光[ 2, 5, 6]。
上转换过程形式
（二）能量转移(ET, Energy Transfer)
1）连续能量转移(SET[2])——一般发生在不同
类型离子之间。
原理如图1-2:
激发态的施主离子与基态的受主离子满足能量匹配 的要求，发生相互作用, 施主离子将能量传递给受 主离子使其跃迁至激发态能级, 本身则通过无辐射 驰豫的方式返回基态。 激发态能级上的受主离子还可能第二次跃迁至更高 的激发态能级。
水溶液溶胶-凝胶法、醇盐溶液-凝胶法
上转换过程形式
（四）共沉淀法
又称“化学沉积法”，以水溶性物质为原料，通过液相 化学反应，生成难溶物质前驱化合物从水溶液中沉淀出来，经 过洗涤、过滤、煅烧热分解而制得超细粉体发光材料。
影响因素：溶液组成、浓度、温度、时间等。
上转换过程形式
优点：操作简单、流程短、能直接得到化学成分均一的粉体材 料，可精确控制粒子的成核和长大，得到粒度可控、分
上转换材料的合成
上转换合成的方法： 1.高温固相法合成法 2.水热合成法 3.溶胶-凝胶法
4.共沉淀法
上转换材料的合成
（一）高温固相法合成法
利用所需氧化物高纯粉料,按化学计量比配料混合均匀, 经高温煅烧后形成具有一定粒度的上转换发光粉料[16]。是目 前合成上转换材料的主要方法之一。 影响因素：温度、压力、反应时间、添加剂
多声子无辐射跃迁
低的多声子无辐射 跃迁几率除了能够 保证长的激发态寿 命外，还可以保证 上转换过程中的辐 射跃迁不被碎灭。
材料温度
几乎每个材料都有一 个淬灭温度，发光效 率随着温度的增加先 增加，达到某个极大 值后，又随着温度的 增加开始下降。
上转换发光的影响因素
浓度
通常情况下，在一定 范围内，上转换发光 效率随着稀土离子浓 度的增大而增大，浓 度过高时发生浓度淬 灭。
上转换过程形式
2）交叉驰豫(CR)——发生在相同或不同 类型的离子之间。
原理如图1-3:
位于同一激发态上的两种类型离子,其中一 个离子将能量传递给另外一个不同类型的 离子，使其跃迁至更高能级, 而本身则无 辐射驰豫至能量更低的能级[2,3]。
上转换过程形式
3）合作上转换(CU)——发生在同时位于
上转换材料的合成
优点：微晶的晶体质量优良，表面缺陷少，发光效率高，操 作简便，工艺成熟，便于进行工业化。 缺点：需要较高的温度，材料容易被氧化，合成的粉体烧结
性能不理想。
应用：合成众多的上转换发光材料，如：碲酸盐玻璃、ZBLAN
玻璃、铋酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、氧氯铋锗酸盐玻璃等
上转换材料的合成 （二）水热合成法
上转换发光材料
姓名：林碧婷 学号：20102401072 班级：10化一
上转换发光
上转换发光的机理 上转换发光材料的合成 上转换发光的影响因素 上转换发光的过程形式 上转换发光材料的应用进展
上转换发光材料的发展前景
上转换发光的机理
上转换发光是基于稀土元素4f电子间的跃迁, 由于外壳层电子对4f电子的屏蔽作用,使得4f电子 态之间的跃迁受基质的影响很小,每种稀土离子都 有其确定的能级位置,不同稀土离子的上转换过程 不同[3]
（二）显示技术
近红外上转换发光显示器是近年来研制的高性能新型显示器， 具有体积小、效率高、色彩鲜艳、亮度高、寿命长等特点。可 以实现真三维立体显示等优点。 很多工作者从事此领域的研究，并取得一定的成果。如郑岩[] 研制红外光束探测板，属于发光显示器件领域。
（三）生物荧光标志
近红外激发的上转换荧光材料做生物荧光标志可以避免因紫外 光激发生物体本身而产生的干扰信号。 红外光的激发可以到达生物组织的更深层，检测成像更加容易。
（一）上转换激光器
上转换光纤激光器实现了高转换效率、低激光阀值、体积小、结 构简单等优良特性。 上转换蓝绿色激光器的最高输出功率已达几百毫瓦，但还不能够 完全满足人们的需要。 随着科技的不断发展，对紫外波长的激光的应用需求也不断提高， 但在制备出高效的短波长上转换激光材料之前，短波长上转换激 光器仍然是奋斗目标。
上转换材料的发展前景
节能环保是当今世界的主流, 扩大上转换材料的应用范围 自然也要以此为出发点, 因此以上转换材料作为白光LED的荧光 物质是个不错的选择。目前, 市场上的白光LED都是以紫外光激 发的下转换材料为荧光物质, 存在专利垄断、荧光物质性能要 求高、价格昂贵等问题。如果能够研制出白光LED用上转换荧光 物质, 将填补红外激发白光LED的空白, 市场前景巨大。
上转换过程形式
（一）激发态吸收 (ESA)
基态能级E1上的离子吸收能量Ф1的光子跃迁至亚稳态 能级E2。
另一个光子的振动能量Ф2正好与E2 能级和更高激发 态能级E3的能量间隔匹配, 则E2 能级上的离子吸收光 子能量跃迁至E3能级形成双光子吸收。 如果能量匹配, E3能级上的离子向更高的激发态能级 跃迁而形成三光子、四光子吸收。
用含高化学活性组分的化合物前驱体, 在液相下将这些 原料均匀混合, 并进行水解、缩合反应, 在溶液中形成稳定 的透明溶胶体系。溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合, 形成三维网 络结构的凝胶, 凝胶经干燥、烧结得到所需产品[17]。是一种 湿化学合成法。 分类：水溶液溶胶-凝胶法、醇盐溶液-凝胶法
上转换材料的合成
散性较好的粉体材料
缺点：影响因素多、形成分散粒子的条件苛刻、沉淀剂容易作 为杂质混入沉淀物、各成分分离困难、沉淀剂不溶于水、 对多组分制备有一定的局限性等。
上转换过程形式
应用：
a、以氨水为沉淀剂，制备出性能良好的Er3+：Y2O3上转换
发光纳米粉。 b、以EDTA为螯合剂，合成纳米级Ho3+、Yb3+共掺杂的NaYF4 上转换荧光材料。 c、以分子束外延法，在CaF2的基片上形成掺有Er3+的LaF3 薄膜。
发光纳米粉。 b、以EDTA为螯合剂，合成纳米级Ho3+、Yb3+共掺杂的NaYF4 上转换荧光材料。 c、以分子束外延法，在CaF2的基片上形成掺有Er3+的LaF3 薄膜。
上转换过程形式
上转换材料作为激光工作物质而受到重视和研究不过是近十几年来的事情，尽管已 经在室温下晶体中实现了连续激光输出，切近几年相关论文有渐多的趋势，但 研究的深度和广度还远不急非线性光学晶体。目前，非线性光学晶体以实现了 五倍频输出，出光波段已扩展至近紫外，转换效率也尚可令人接受。这无疑对 上转换技术提出了严峻的挑战。上转换技术还没有发展的必要或者说还有多大 的发展空间？如果在一段时间内没有大的突破，有该怎么办？这些确是值得考 虑的问题。但是机遇从啦就是与挑战并存。相信在这个问题上也是如此。虽然 不好预见上转换技术何时才会真正进入实用阶段，但可以预见的是，上转换激 光及时一旦成熟，形成商品化，必须会使已介“不感”的激光焕发又一次“青 春”！
上转换发光的机理：反-斯托克斯发光，在长波长光
的激发下，可持续发射波长比激发
波长短的荧光。即辐射的能量大于 所吸收的能量。
上转换材料的合成
研究表明, 几乎所有的稀土离子掺杂材料均可 产生上转换发光能量低的基质材料中。