Nanomaterialien sind Festkörper, Flüssigkeiten oder Verbunde, bei denen mindestens eine strukturbestimmende Dimension im Bereich von etwa 1–100 nm liegt. In diesem Längenmaßstab werden Materialeigenschaften nicht mehr allein durch die chemische Zusammensetzung, sondern maßgeblich durch Quanteneffekte und Oberflächeneffekte bestimmt.

Wesentliche Klassen sind nanokristalline Werkstoffe (z.B. nanokörnige Metalle und Keramiken mit Korngrößen <100 nm), niedrigdimensionale Systeme wie Kohlenstoffnanoröhren und Graphen sowie nanoporöse Strukturen (z.B. nanoporöses Gold). Die hohe Korngrenz- bzw. Oberfläche-zu-Volumen-Ratio führt zu erhöhten Diffusionsraten, modifizierter Phasenthermodynamik und häufig zu Festigkeitssteigerungen (Hall-Petch-Regime, mit möglichen Umkehrungen bei extrem kleinen Korngrößen).

Elektronische und optische Eigenschaften werden durch Quanteneinfang und Energieniveaudiskretisierung beeinflusst, was zu bandlückengetunten Halbleitern, plasmonischen Effekten in Metallnanopartikeln und veränderten Wärmeleitfähigkeiten führt. Kohlenstoff-Nanomaterialien, insbesondere Graphen und Kohlenstoffnanoröhren, zeigen außergewöhnliche elektrische Leitfähigkeit, hohe elastische Moduln und extreme Bruchfestigkeiten.

Verarbeitungstechniken umfassen Bottom-up-Ansätze (chemische Gasphasenabscheidung, Sol-Gel-Prozesse, kolloidale Synthesen) und Top-down-Methoden (Mahltechnik, Lithographie). Nanopasten sind ein technologisch wichtiger Aggregatzustand, in dem Nanopartikel in einer Trägermatrix für Druck- und Fügeprozesse verfügbar gemacht werden.

Anwendungen reichen von funktionalen Schichten in Mikroelektronik und Energietechnik (Batterien, Katalysatoren) über biomedizinische Systeme bis zu hochtemperaturstabilen Mikro- und Nanomaterialien für strukturelle Anwendungen. Gleichzeitig erfordern die erhöhte Reaktivität und mögliche Toxizität eine strenge sicherheitstechnische und regulatorische Bewertung.