Cluster bezeichnen in der Werkstoffforschung definierte, meist nanoskalige Aggregationen von Atomen, Ionen oder Molekülen, deren Eigenschaften sich deutlich von denen einzelner Spezies und des makroskopischen Festkörpers unterscheiden. Sie stellen eine zentrale Strukturklasse zwischen molekularer und kondensierter Phase dar und sind für Nukleation, Phasenumwandlungen und funktionale Oberflächenprozesse von grundlegender Bedeutung.

Strukturell können Cluster geordnete Motive wie ikosaedrische Cluster ausbilden oder amorphe Anordnungen zeigen. Die elektronischen und thermodynamischen Eigenschaften hängen dabei sensitv von Clustergröße, Zusammensetzung und Geometrie ab, was zu Größeneffekten bei Schmelzpunkt, Magnetismus oder katalytischer Aktivität führt.

In Lösungen werden häufig Pränukleations‑Cluster beobachtet, die als metastabile Vorstufen kristalliner Phasen fungieren und die klassische Nukeations­theorie erweitern. In kolloidalen Systemen bilden suprakolloidale Cluster hierarchische Strukturen, die durch gerichtete Wechselwirkungen (z. B. Lock‑and‑Key, Depletionskräfte) stabilisiert werden und als Modell für Selbstorganisation dienen.

In der heterogenen Katalyse spielen metallhaltige Cluster wie Ru‑TiO₂‑Cluster oder allgemein Ruthenium‑beladene Cluster eine zentrale Rolle. Hier bestimmen Clustergröße und Einbettung in das Trägermaterial die Verteilung aktiver Zentren, Ladungstransferprozesse und Stabilität gegenüber Sinterung. Die gezielte Synthese und Charakterisierung von Clustern mittels in‑situ‑Spektroskopie und hochauflösender Mikroskopie ist daher ein Schlüssel zur rationalen Werkstoffentwicklung.