Códigos QR luminescentes multiplexados para etiquetas inteligentes

Abstract

O presente trabalho visa o desenvolvimento de um dispositivo para IoT que reúna várias valências, acrescentando valor à tecnologia atual e possibilitando a resposta a alguns desafios e questões de segurança existentes. Para tal, propõe-se a utilização de códigos QR como etiquetas inteligentes, capazes de armazenar mais informação, codificá-la sob acesso restrito e monitorizar parâmetros como a temperatura e a dose de radiação UV. Os novos códigos QR serão inscritos em substratos distintos (polimetil-metacrilato, acetado e papel) e revestidos com materiais híbridos, dopados com complexos de iões lantanídeos (Tb3+, Eu3+ e Eu3+\Tb3+), conjugando as vantagens estruturais e de processamento dos híbridos orgânicos-inorgânicos, com as propriedades óticas dos iões lantanídeos, com emissões na região do visível do espetro eletromagnético. Através da multiplexagem em cor de códigos QR, com recurso a esses materiais luminescentes, propôs-se codificar informação sob forma de acesso restrito, ou para fins de autenticação de documentos, permitindo, simultaneamente, armazenar até 3 vezes mais informação, comparativamente aos atuais códigos monocromáticos. No desenvolvimento de códigos QR para termómetros luminescentes, foram utilizados códigos em polimetil-metacrilato e acetado, revestidos com uma camada de complexo híbrido orgânico-inorgânico dopado com Eu3+/Tb3+. As propriedades espetrais deste complexo foram estudadas de forma a compreender os mecanismos subjacentes à variação da cor de emissão e, assim, desenvolver um modelo de termómetro luminescente primário. Realizou-se o estudo com base em dois parâmetros termométricos, em particular, a razão entre intensidade de emissão e entre as coordenadas de cor do sistema RGB. Verificou-se a concordância entre os parâmetros experimentais anteriores e os valores previstos, demonstrando-se a possibilidade de identificar a temperatura através da cor, com uma simples câmara de telemóvel. O termómetro primário desenvolvido apresenta uma sensibilidade térmica máxima de 5,2 %·K−1, incerteza em temperatura de 0,2 K, a 297 K, e repetibilidade máxima de 97%. Estes resultados demonstram um sensor desenvolvido ao nível dos termómetros luminescentes de maior interesse reportados até à data. Em suma, foi desenvolvido um código QR como etiqueta inteligente, com maior capacidade de informação, potencial de melhoria nos sistemas de segurança IoT e, ainda, capacidade de ser sensor de temperatura, fornecendo informação em tempo real. Foi, ainda, abordada a possibilidade de monitorizar, em tempo real, a dose de radiação UV. Deste modo, surgem novas oportunidades de aplicação para concretização de serviços e partilha de informação, revolucionando o papel dos códigos QR como dispositivos para IoT.

The aim of the present work is the development of an IoT device, adding value to the current technology and enabling the answer to some challenges security issues. Therefore, it is proposed to use QR codes as smart labels, with higher storage capacity, capable of encoding information under restricted access and monitor parameters, such as temperature and UV radiation dose. The new proposed QR codes will be inscribed on different substrates (polymethylmethacrylate, acetate and paper) and coated with organic-inorganic hybrid materials, doped with lanthanide ion complexes (Tb3+, Eu3+ and Eu3+/Tb3+). It combines the structural and processing advantages of the organic-inorganic hybrid materials with the optical properties of the lanthanide ions, which emit in the visible region of the electromagnetic spectrum. It was proposed to codified information under restrict access, or for document authentication purposes, through the QR code colour multiplexing using those luminescent materials. This method allows simultaneously to store up to three times more information, compared to the current monochrome codes. For luminescent thermometers based on QR codes, polymethylmethacrylate and acetate were used and coated with Eu3+\Tb3+-doped organic-inorganic luminescent hybrid layer. The spectral properties of this complex layer were studied, in order to understand the mechanisms underlying the emission colour variation and to develop a primary luminescent thermometer. The study was based on two thermometric parameters, the ratio between two emission intensities and between two colour coordinates of RGB system. It was verified the good agreement between the previous experimental parameters and the predicted values. Thus, it was demonstrated the possibility of measuring the temperature through colour, with a simple smartphone camera. The primary thermometer developed has a maximum thermal sensitivity of 5.2 %·K−1, a temperature uncertainty of 0.2 K, at 297 K, and a maximum repeatability of 97%. These values are of the same order of magnitude of the best ones reported so far for luminescent thermometers. In conclusion, the QR code for smart labelling was developed with higher storage capacity, improvement potential in IoT security systems and application for temperature sensing, providing real-time information. It was also studied the possibility of monitoring the UV dose in real time. As a result, new opportunities of applications for services and information sharing arise, revolutionizing the role of QR codes as IoT devices.