Unter Oberflächenmodifikation versteht man alle Verfahren, mit denen die Eigenschaften der obersten Atom- bzw. Mikrometerschichten eines Werkstoffs gezielt verändert werden, ohne zwingend den Grundwerkstoff in seinem Volumen zu modifizieren. Ziel ist, Funktionalitäten wie Korrosionsbeständigkeit, Verschleißschutz, Benetzbarkeit, Biokompatibilität oder Adhäsion unabhängig von den Volumeneigenschaften einzustellen.

Grundsätzlich wird zwischen schichtbildenden und schichtfreien Verfahren unterschieden. Schichtbildende Prozesse umfassen z.B. PVD- und CVD-Beschichtungen, thermisches Spritzen, Galvanik sowie Sol-Gel-Schichten. Hierbei werden definierte Schichten (von Monolagen bis zu mehreren 100 µm) mit angepasster chemischer Zusammensetzung und Mikrostruktur aufgebracht. Schichtfreie Modifikationen verändern die bestehende Oberfläche, etwa durch Ionenimplantation, Laser- oder Plasmanitrieren, Oxidation, Plasmaätzen oder chemische Funktionalisierung.

Eine wichtige Unterklasse ist das Oberflächen-Grafting, bei dem Polymerketten kovalent an Substratoberflächen gebunden werden, um z.B. Anti-Fouling-Eigenschaften, gezielte Zelladhäsion oder Schaltbarkeit (Stimuli-Responsive Surfaces) zu erzeugen. In der Biomedizin spielt die Zelloberflächenmodifikation eine zentrale Rolle, etwa bei der funktionellen Anpassung von Implantatoberflächen zur Steuerung von Proteinadsorption und Zellantwort.

Die Charakterisierung modifizierter Oberflächen erfolgt typischerweise mittels XPS, ToF-SIMS, AFM, Rasterelektronenmikroskopie sowie Kontaktwinkelmessung. Entscheidend für die industrielle Anwendung sind Langzeitstabilität, Haftfestigkeit, Skalierbarkeit der Prozesse und Kompatibilität mit nachfolgenden Fertigungsschritten.