Nanostrukturen bezeichnen Ordnungs- und Strukturmerkmale in Festkörpern mit mindestens einer charakteristischen Abmessung im Bereich von etwa 1–100 nm. In diesem Größenregime werden quantenmechanische Effekte, erhöhte Grenzflächenanteile und confinierte Diffusions- und Transportprozesse bestimmend für die makroskopischen Werkstoffeigenschaften.

Strukturell lassen sich null‑, ein‑, zwei- und dreidimensionale Nanostrukturen unterscheiden, z. B. Quantenpunkte, Nanodrähte, dünne Schichten und nanoporöse Netzwerke. Heterogene Nanostrukturen – etwa Nanodraht‑Heterostrukturen oder hexagonale SiGe‑Multishells – kombinieren unterschiedliche Phasen oder Zusammensetzungen auf der Nanoskala und ermöglichen gezieltes Bandstruktur‑, Spannungs- und Defekt‑Engineering.

Funktional relevant sind photonische und plasmonische Nanostrukturen, in denen Licht‑Materie‑Wechselwirkungen durch Größen- und Formanpassung der Nanokomponenten kontrolliert werden. Oberflächen‑Nanostrukturen und nanoporöse Strukturen maximieren spezifische Oberfläche und aktive Zentren und sind daher zentral für Katalyse, Sensorik und elektrochemische Energiespeicher. Dotierte Systeme wie Al‑dotierte ZnO‑Nanostrukturen illustrieren, wie Ladungsträgerdichte und Defektchemie auf der Nanoskala eingestellt werden können.

Nachhaltige Nanostrukturen adressieren zusätzlich Ressourcen-, Energie- und Toxizitätsaspekte über den gesamten Lebenszyklus. Zentrale Herausforderungen bleiben die präzise Synthese (z. B. CVD, ALD, MBE), die korrelierte strukturelle und funktionelle Charakterisierung (TEM, AFM, spektroskopische Methoden) sowie die skalierbare Integration in Bauteile, ohne die nanoskalige Struktur und damit die gewünschten Eigenschaften zu verlieren.