Nanocellulose bezeichnet nanoskalige, überwiegend aus Cellulose bestehende Fibrillen oder Kristallite mit typischen Durchmessern unter 100 nm. Man unterscheidet vor allem Cellulose-Nanofibrillen (CNF), Cellulose-Nanokristalle (CNC) und bakterielle Nanocellulosen (BNC). Alle basieren auf linearen β‑1,4‑D‑Glucanketten, die zu halb‑kristallinen Fibrillen mit ausgeprägter Anisotropie aggregieren.

Die Herstellung erfolgt meist top‑down durch mechanische Fibrillation (z. B. Hochdruckhomogenisation) häufig in Kombination mit chemischer oder enzymatischer Vorbehandlung (TEMPO‑Oxidation, Carboxymethylierung), oder durch kontrollierte Säurehydrolyse zur Gewinnung hochkristalliner CNC. Bakterielle Nanocellulose wird bottom‑up durch Mikroorganismen wie Komagataeibacter xylinus synthetisiert.

Charakteristisch sind hohe spezifische Oberflächen, hohe Zugfestigkeit und Steifigkeit (E‑Modul der kristallinen Domänen ~130 GPa), geringe Dichte, ausgeprägte Wasseraffinität sowie chemische Funktionalisierbarkeit über Hydroxylgruppen. Die kolloidale Stabilität und Selbstorganisation (z. B. Bildung cholesterischer Phasen) werden maßgeblich durch Oberflächenladung und Ionenstärke bestimmt.

Werkstofftechnisch relevant ist Nanocellulose insbesondere als Verstärkungsphase in Polymerverbundwerkstoffen, als rheologischer Modifikator, in Barriere‑ und Funktionsschichten (z. B. für Verpackungen, flexible Elektronik) sowie in Aerogelen und Hydrogelen. Herausforderungen betreffen Skalierbarkeit, energieeffiziente Prozessierung, Trocknungs‑ und Redispergierbarkeit sowie die präzise Kontrolle der Oberflächenchemie, um Kompatibilität, Alterungsbeständigkeit und Feuchteresponse gezielt einzustellen.