Nanostrukturierte

Nanostrukturierte Materialien bezeichnen Werkstoffe, deren Struktur Merkmale im Nanometerbereich (1–100 nm) aufweisen, die Eigenschaften des Materials maßgeblich beeinflussen. Typisch sind fein strukturierte Oberflächen, poröse Strukturen oder kristalline Anordnungen, bei denen die Nanostrukturen zu veränderten mechanischen, optischen, elektronischen oder chemischen Eigenschaften führen.

Herstellung erfolgt überwiegend durch top-down- oder bottom-up-Ansätze. Top-down-Verfahren umfassen Lithographie, Ätzung, Fräsen oder Laserablation, bei denen Makrostrukturen in Nanostrukturen überführt werden. Bottom-up-Strategien beruhen auf selbstorganisierter Bildung von Atomen oder Molekülen, etwa durch chemische Gasphasenablagerung (CVD), Lösungssynthese, Sol-Gel-Prozesse oder Selbstorganisation. Die Parameter wie Temperatur, Lösungsmittel, Katalysatoren und Träger beeinflussen Größe, Form und Verteilung der Nanostrukturen.

Zu den typischen Eigenschaften nanostrukturierter Materialien gehören erhöhte Oberfläche, veränderte Reaktivität, quantenmechanische Effekte oder plasmonische Resonanzen, je nach Material. Anwendungen finden sich in Katalyse, Energiespeichern, Sensorik, Photovoltaik, Beschichtungen sowie in der Biomedizin.

Die Charakterisierung erfolgt mit Techniken wie Rasterelektronenmikroskopie (REM/SEM), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Rasterkraftmikroskopie (AFM), Röntgenbeugung (XRD) und BET-Bestimmung der Oberflächenfläche. Wichtige Herausforderungen sind Reproduzierbarkeit, Skalierbarkeit, Langzeitstabilität, Kosten sowie Umwelt- und Sicherheitsaspekte. Der Begriff wird in der Forschung oft breit verwendet, ohne eine einheitliche Klassifikation aller Nanostrukturen.