上转换材料由于具有发射峰窄,高耐光性和低背景自发荧光等独特优势拥有在很多领域得到广泛应用的巨大优势。利用最节能环保、易操作的方法合成具有高效上转换荧光的稀土掺杂上转换材料,并从介尺度角度分析上转换晶体的生长机制则是目前最受关注的研究课题。本课题主要分为三个部分:第一部分:选取绿色高效的水热合成方法,以十二烷基二甲基苄基氯化铵DDBAC为表面活性剂,以乙二胺四乙酸EDTA为形貌控制剂,合成球状和六棱柱状上转换NaYF₄:Er³⁺/Yb³⁺晶体,并探究不同水热条件对于其形貌和性能的影响:前驱体溶液浓度越大,六棱柱的长径比越大;酸性条件下,溶液pH值越小,六棱柱长径比越大;随着反应时间的延长,上转换晶体经历球状,球状和六棱柱混合以及纯六棱柱等几个阶段的转变;反应添加剂甘醇酸GA在上转换晶体生长中可以充当“爆破剂”,DDBAC作为阳离子表面活性剂,在反应过程中起到了稳定表面和降低反应速度的作用,EDTA则是上转换晶体转型的关键因素,既有助于晶体从各向同性的纳米团簇向各向异性的六棱柱转变,又是晶体手性产生的必要原料与条件。第二部分:通过多种表征手段揭示NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺晶体生长的内在生长机制,从介尺度角度解释水热条件对上转换晶体生长的作用机理。提出β-NaYF₄:Er³⁺/Yb³⁺生长的三阶段演变机制:（1）六元环基底的形成;（2）丝状生长和螺旋缠绕;（3）粒子填充,外壁平整和封端。在第I阶段,根据相邻粒子间的点阵排列,我们给出了球形颗粒组装成六边环的三种组装原则:180度型,120度的类型和混合类型。在第Ⅱ阶段,丝状生长和螺旋缠绕过程中产生了手性,我们通过圆二色光谱仪和旋光计证明了这一点,并证明了EDTA在丝状螺旋生长产生手性中的重要作用。第Ⅲ阶段,我们认为粒子填充,外壁平整和封端需要粒子填充速度与外壳生长速度相匹配,否则很容易得到两端不平整的产物。第三部分:探究上转换晶体形貌与荧光强度的关系。我们发现长径比接近1的六棱柱的荧光强度要比细长棱柱或扁形棱柱高得多,并提出手性晶体对于上转换荧光增强的作用。利用同样的水热条件和方法合成YF₃:Er³⁺/Yb³⁺晶体并初步探索影响其形貌的反应条件及其生长演变规律。将荧光增强的β-NaYF₄:Er³⁺/Yb³⁺晶体应用于3D荧光显示,制成透明模型并在980nm激发下得到较好的荧光质量,说明其作为荧光材料的应用潜力和优势。