Iminosemiquinone linker-based conductive metal-organic frameworks (c-MOFs) have attracted much attention as next-generation electronic materials due to their high electrical conductivity combined with high porosity. However, the utility of such c-MOFs in high-performance devices has been limited to date by the lack of high-quality MOFs thin-film processing. Herein, we introduce a technique known as Microfluidic-Assisted Solution Shearing combined with Post-synthetic Rapid Crystallization (MASS-PRC) process to generate a high-quality, flexible, and transparent thin-film of $Ni_3(hexaiminotriphenylene)_2$ ($Ni_3(HITP)_2$) uniformly over a large-area in a high-throughput manner with thickness controllability down to tens of nanometers. The MASS-PRC process utilizes 1) micromixer-embedded blade to simultaneously mix and continuously supply metal-ligand solution towards the drying front during solution shearing to generate an amorphous thin-film, followed by 2) immersion in amine solution for rapid directional crystal growth. As-synthesized c-MOF film had transparency of up to 88.8% and conductivity as high as 37.1 S/cm. High uniformity in conductivity was confirmed over a 3,500 $mm^2$ area with an arithmetic mean roughness (Ra) of 4.78 nm. Our flexible thin-film demonstrated the highest level of transparency for $Ni_3(HITP)_2$ and the highest hydrogen sulfide ($H_2S$) sensing performance (2,085% at 5 ppm) amongst c-MOFs-based $H_2S$ sensors, enabling wearable gas sensing applications.
이미노세미퀴논 기반 전도성 금속유기골격체는 높은 다공성과 전기전도성으로 차세대 전자 소재로 많은 주목을 받았다. 그러나 고성능 장치에서의 이러한 전도성 금속유기골격체의 효용은 고품질 박막 제작 기술의 부족으로 큰 진전을 보이지 않았다. 이 연구에서는 배향성을 가지는 수십 나노미터대의 균일하고 유연하며 투명한 대면적 $Ni_3(hexaiminotriphenylene)_2$ ($Ni_3(HITP)_2$) 다기능 박막을 제작하였으며, 이를 위한 후처리 과정이 혼합된 미세유체기반 용액 전단 공정을 소개한다. 후처리 과정이 혼합된 미세유체기반 용액 전단 공정은 1) 미세혼합기가 내장된 블레이드를 이용하여 금속과 유기물 용액을 동시에 혼합, 그리고 지속적으로 공급하여 비정질의 박막을 생성하고, 2) 방향성을 가지는 결정의 빠른 성장을 위해 아민 용액에 담근다. 이 공정으로 합성된 전도성 금속유기골격체 박막은 최대 88.8%의 투명도와 37.1 S/cm의 높은 전기전도도를 가지고 있다. 또한, 높은 전기전도도, 두께 등의 성질은 박막 전체에서 균일하게 나타나는데 4.78 nm의 산술 평균 거칠기(Ra)를 가지는 3,500 $mm^2$ 영역에 걸쳐 확인되었다. 그리고 이 유연성을 가지는 박막은 전도성 금속유기골격체 박막 기반 황화수소 센서 중 $Ni_3(HITP)_2$에 대한 최고 수준의 투명도와 황화수소 감지 성능(5ppm에서 2,085%)을 입증하여 유연 가스 센서 응용이 가능하도록 했다.
