Lozano Barbero, Gabriel SebastiánMíguez García, Hernán RuyViaña Jorge, José María2025-08-052025-08-052025-05-12Viaña Jorge, J.M. (2025). Applications of optical Materials for improving the Emission Efficiency of Phosphor Nanoparticles. (Tesis Doctoral Inédita). Universidad de Sevilla, Sevilla.https://hdl.handle.net/11441/176006This doctoral thesis comprises a series of works focused on the improvement of the emission properties of nanophosphor-based thin films. Specifically, three routes are discussed, each one of them corresponding to a different approach for achieving photoluminescence enhancement. The first proposal is based on the photoluminescence intensity enhancement by coupling the nanophosphor modes with the plasmonic resonance caused by an array of metallic nanoantennas. This hypothesis is demonstrated for two different types of emitters, down-shifting and up-conversion nanophosphors. The second route is based on increasing the light extraction power. For this purpose, nanophosphors are inserted into an ultra-low refractive index porous matrix, thus benefiting from the low contrast between the emitting medium and the air. The third approach involves the fabrication of a nanophosphor film with metal halide perovskite quantum dots embedded in it, obtaining a hybrid emitting film tunable to the excitation wavelength. All the works herein described have a strong preparation and characterization content. Starting with the fabrication and processing techniques of all the materials, involving different techniques of synthesis, material deposition and physical and chemical treatments. At the same time, characterizations of the morphology and chemical composition of the materials have been performed by X-ray diffraction, electronic microscopy (SEM and TEM), mechanical profilometry or atomic force spectroscopy. Optical response and photoluminescence performance were evaluated by spectrophotometry, photoluminescence spectrometry and confocal microscopy. Most of the work has been developed in the facilities and laboratories of the Institute of Materials Science of Seville (CSIC-US) and, to a lesser extent, in the laboratories of CITIUS. The experimental results obtained confirm the starting hypothesis that an adequate optical design improve the emission efficiency of phosphor nanoparticles. We achieved (i) a considerable increase in the emission intensity in nanophosphor films thanks to the metallic nanoantenna system, (ii) an improvement in light extraction power using an ultra-low refractive index matrix and (iii) a tunable photoluminescent film through the excitation response of two different emitters such as nanophosphors and metal halide perovskite quantum dots. All these research results, which have been achieved due to the involvement of the candidate in the design, preparation and characterization of the targeted optical materials, have led to a better comprehension of the physical mechanisms behind the photonic enhancement of nanophosphor-based materials.Esta tesis doctoral comprende un conjunto de trabajos enfocados en la mejora de las propiedades de emisión de láminas delgadas basadas en nanofósforos. Concretamente, se exploran tres rutas cada una de ellas correspondiente a una aproximación diferente para la mejora de la fotoluminiscencia. La primera propuesta se basa en la mejora de la intensidad de fotoluminiscencia mediante el acoplamiento de los modos de los nanofósforos con la resonancia plasmónica provocada por un conjunto de nanoantenas metálicas. Esta hipótesis se demuestra para dos tipos diferentes de emisores, nanofósforos de down-shifting y de up-conversion. La segunda ruta se basa en el aumento de la eficiencia de extracción de luz. Para ello se insertan nanofósforos en una matriz porosa de ultra bajo índice y se aprovecha el bajo contraste dieléctrico entre el medio emisor y el aire. La tercera aproximación consiste en la fabricación de un film de nanofósforos con quantum dots de perovskita de metal-haluro, obteniendo un film emisor híbrido sintonizable con la longitud de onda de excitación. Todos los trabajos aquí presentados tienen una gran carga experimental y de caracterización. Comenzando por las técnicas de fabricación y procesado de todos los materiales, englobando distintas técnicas de síntesis, deposición y tratamientos físicos y químicos. A su vez, se ha caracterizado la morfología y la composición química de los materiales mediante difracción de rayos-X, microscopía electrónica (SEM y TEM), perfilometría mecánica o espectroscopía de fuerzas atómicas. La respuesta óptica y el rendimiento de fotoluminiscencia ha sido medido mediante espectrofotometría, espectrometría de fotoluminiscencia y microscopía confocal. La mayor parte del desarrollo de los trabajos se ha realizado en las instalaciones y laboratorios del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (CSIC-US) y, en menor parte, en los laboratorios del CITIUS. Los resultados experimentales obtenidos confirman la hipótesis de partida de que un diseño óptico adecuado mejora la eficiencia de emisión de las nanopartículas de fósforo. Logramos (i) un aumento considerable de la intensidad de emisión en láminas de nanofósforos gracias al sistema de nanoantenas metálicas, (ii) una mejora de la extracción de luz utilizando una matriz de ultra bajo índice de refracción y (iii) un film fotoluminiscente sintonizable mediante la respuesta de excitación de dos emisores diferentes como son los nanofósforos y los quantum dots de perovskita de metal-haluro. Todos estos resultados de investigación, que se han logrado gracias a la implicación del candidato en el diseño, preparación y caracterización de los materiales ópticos objetivo, han conducido a una mejor comprensión de los mecanismos físicos que subyacen a la mejora fotónica de los materiales basados en nanofósforos.application/pdf179engAttribution 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccess