In dieser Arbeit ist das Wachstumsverhalten von unter 10nm großen, aufwärtskonvertierenden NaYF4-Nanokristallen der hexagonalen und kubischen Phase untersucht worden. Die Ostwald-Reifung solcher Partikel in Ölsäure/1-Octadecen führt zu einer Verbreiterung der Partikelgrößenverteilung, falls das Kolloid nur aus Partikeln einer Kristallphase besteht. Eine schmale Teilchengrößenverteilung tritt nur dann auf, wenn die Partikel der b-Phase in Anwesenheit eines Überschusses von Partikeln der a-Phase wachsen. Solche binären Gemische aus Partikeln der a- und b-Phase entstehen, sobald Kolloide aus Partikeln der a-Phase für eine genügend lange Zeit erhitzt werden, denn bei hohen Temperaturen nukleieren Keime der b-Phase nach einer gewissen Zeit. Weil durch die Anzahl der Keime die finale Partikelgröße des Produkts der b-Phase bestimmt wird, ist eine Kontrolle der Nukleation wichtig um die finale Partikelgröße steuern zu können. Es wird gezeigt, dass die Anzahl der Keime der b-Phase stark abhängig von der Zusammensetzung der Partikel der a-Phase ist, die als Ausgangsmaterial verwendet werden. Die a-Phase ist dafür bekannt Na1−xYF4−x-Mischkristalle mit Zusammensetzungen von x=0 bis x=4/9 zu bilden. Bei natriumarmen Partikeln der a-Phase entstehen eine geringe Anzahl an Keimen der b-Phase, wobei Partikel der a-Phase mit einem hohen Gehalt an Natrium eine große Anzahl an Keimen bilden. Durch die Ausnutzung dieser Abhängigkeit und der dementsprechenden Modifizierung der Synthese der Partikel der a-Phase, können in Ölsäure/1-Octadecen kleine, phasenreine b-NaYF4:Yb,Er-Partikel mit Größen von unter 6 nm, sowohl als auch deutlich größere Partikel erhalten werden. Weiterhin wird gezeigt, dass Mischungen von a- und b-Partikeln auch sehr gut für die Synthese von Kern/Schale-Partikeln geringer Größe geeignet sind. Durch die Reaktion von Natriumoleat, Seltenerdoleat und Ammoniumfluorid werden zunächst etwa 5nm große b-NaYF4:Yb,Er-Kernpartikel gebildet, wobei ein hohes Verhältnis von Natrium- zu Seltenerdionen die Nukleation einer großen Anzahl von Keimen der b-Phase begünstigt. Anschließend wird eine etwa 2nm dicke Schale aus b-NaYF4 aufgewachsen, wobei 3–4nm große a-NaYF4-Partikel als Vorläuferpartikel für das Schalenmaterial dienen. Im Gegensatz zu den Kernpartikeln werden diese Partikel der a-Phase jedoch mit einem geringen Verhältnis von Natrium- zu Seltenerdionen hergestellt, welches die unerwünschte Nukleation von b-NaYF4-Partikeln während des Schalenwachstums wirksam unterdrückt. Diese neue Methode zur Herstellung sehr kleiner aufwärtskonvertierender Kern/Schale-Nanokristalle kommt ohne zusätzliche Kodotierung der Kernpartikel aus und liefert Partikel im Gramm-Maßstab.

Nanopartikel auf Basis von NaYF4 erfreuen sich großer Beliebtheit durch ihre vielseitigen Einsatzmöglichkeiten. Durch die Dotierung mit Ytterbium und Erbium im Wirtsgitter ist es beispielsweise möglich, niedrigenergetisches Infrarotlicht in höher-ergetisches, sichtbares Licht umzuwandeln. Zudem lässt sich NaYF4 auch im Nanometermaßstab präparieren, sodass ein Einsatz in Zellen oder lebenden Organismen möglich ist, wo die zur Anregung verwendete infrarote Strahlung ohne Probleme das Gewebe durchdringen kann. Zu Beginn dieser Arbeit zeigten aufwärtskonvertierende Nanomaterialien wie NaYF4 :Yb,Er jedoch auch nach Umhüllen mit einer inaktiven Schale aus undotiertem NaYF4 nur sehr geringe Lumineszenz-Quantenausbeuten und kurze Energieniveau-Lebenszeiten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Synthesemethode zur Herstellung von aufwärtskonvertierenden NaYF4 -Nanopartikeln durch den Einsatz neuer Eduktmaterialien modifiziert und die Auswirkung der Modifikationen auf die Partikeleigenschaften näher untersucht. So konnte gezeigt werden, dass durch den Einsatz einer alternativen Fluoridquelle (NaHF2) Partikel mit sehr engen Partikelgrößenverteilungen hergestellt werden können. Jedoch zeigte sich auch, dass die mit NaHF2 präparierten Partikel sich nicht mit einer Schale aus undotiertem NaYF4 umhüllen ließen. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde daher der Fokus auf die Verbesserung der optischen Eigenschaften gelegt. Durch die Verwendung von getrockneten Lösungsmitteln und wasserfreien Seltenerdacetaten, sowie NH4F als Fluoridquelle gelang es erstmals, aufwärtskonvertierende Kern/Schale-Nanopartikel (<50 nm) mit einer sehr hohen Lumineszenz-Quantenausbeute, ähnlich dem des makrokristallinen Referenzmaterials, herzustellen. Auch bei sehr kleinen Kern/Schale-Partikeln (≤15 nm) konnten Quantenausbeuten erzielt werden, die nur um einen Faktor 3-4 niedriger sind als beim Referenzmaterial. Dabei zeigte sich durch die Messung der Energieniveau-Lebenszeiten, dass die größten Verlustprozesse durch die Yb3+ Emission bei 940 nm auftraten und diese durch aufbringen einer Schale unterbunden werden konnten.