近日，中心柔性电子研究部黄维院士和安众福教授课题组，与新加坡国立大学刘小钢教授及沙特阿卜杜拉国王科技大学韩宇教授等合作，在多彩稀土上转换发光纳米材料研究领域取得重大突破。他们利用一种简便的基于水相体系的离子交换方法，成功地制备出一系列多色稀土掺杂的上转换发光纳米材料，并首次观测到了肉眼可识别的上转换长余辉发光，这一原创性成果发表在国际顶级期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上。

稀土掺杂纳米材料是一种多彩发光纳米材料，近年来在生物成像、多模传感、数据加密编码和三维显示等领域备受关注。目前，稀土纳米制备技术（包括水热法、共沉淀、热分解等制备技术）取得了长足进步，但制备多彩发光稀土掺杂纳米材料需要严格调控一系列实验参数（如反应时间、温度，以及掺杂离子的组分和浓度等），实验过程复杂，实验原料和时间成本大幅度增长。更为重要的是，实验参数的轻微变化会严重影响到纳米材料的发光颜色、相态、尺寸和形貌等参数，增加了材料性能的多变性与实验的不可重复性。

针对这一世界性的重大科学难题，该国际合作团队突破稀土纳米材料的传统制备方法，创新性地利用“离子交换”方法，制备出一系列稀土掺杂的上转换多色发光纳米材料。据刘小钢教授介绍，这一制备方法的创新之处在于：在室温的水相环境下，基于预先设计的尺寸、形貌和相态同一的上转换纳米粒子，利用阳离子交换方法来实现对纳米粒子的光学调控。
作为这一重要成果的完成人之一，安众福教授说，该制备方法简便、快速、高效，在保持纳米粒子原有的尺寸、形状以及相态的同时，实现了纳米粒子发光颜色的调控，有效地解决了传统制备方法中由掺杂离子组分和浓度变化而导致的纳米粒子大小、形状以及相态改变的技术性难题。

黄维院士指出，该研究成果对稀土纳米材料的发展与应用具有重要的科学意义，为实现纳米材料的性能调控提供了一条全新思路和途径。同时，通过这一制备策略获得的新型纳米材料在生物成像、疾病检测，特别是货币和文件的防伪等方面具有广阔的应用前景。