共沈法および逐層被覆法を用いて、β-NaYF₄∶Yb³⁺/A³⁺（A=Er、Ho、Tm）をコアとし、それぞれNaLuF₄、NaYF₄、NaGdF₄を不活性シェルとする多様なコアシェル構造のアップコンバージョンナノ結晶を調製した。アップコンバージョン発光スペクトルおよび蛍光寿命測定を用いて、不活性シェル成分がコアシェル構造アップコンバージョンナノ結晶の発光特性に与える影響の規則性とメカニズムを研究した。実験結果は、コアシェル構造ナノ結晶のアップコンバージョン発光強度およびYb³⁺の発光寿命が不活性シェルによって次のように減少する傾向を示した：NaLuF₄>NaYF₄>NaGdF₄。つまり、三種類の不活性シェルは表面消光効果の抑制能が順に弱まる。高い消光傾向を持つ水性分散環境ではこの差異がより顕著であった。理論計算は、異なるシェル材料の誘電率の差が性能差の主要因である可能性があり、NaLuF₄の相対誘電率が最も低く、コア内の活性イオンと表面吸着基との電気双極子モーメント相互作用を効果的に低減し、非放射エネルギー損失を抑制していることを示した。本研究は、不活性シェルの誘電特性が表面消光効果に及ぼす可能性のある影響を明らかにし、高輝度アップコンバージョンナノ結晶のコアシェル組成設計の指針を提供する。

コアシェル構造ナノ結晶;アップコンバージョン発光;不活性シェル;誘電率