Nanostrukturen sind Materialien mit Strukturen im Nanometerbereich, die typischerweise zwischen 1 und 100 Nanometern liegen. Diese Materialien weisen einzigartige mechanische, optische, elektrische und thermische Eigenschaften auf, die sie für verschiedene Anwendungen in Technologie und Industrie äußerst wertvoll machen.

Mechanische Eigenschaften: Nanostrukturierte Materialien haben oft eine höhere Festigkeit und Härte im Vergleich zu ihren makroskopischen Gegenstücken. Dies liegt an der kleineren Korngröße, die die Bewegung von Versetzungen einschränkt und somit die Festigkeit des Materials erhöht.

Optische Eigenschaften: Die optischen Eigenschaften von Nanostrukturen können erheblich von denen von Massenmaterialien abweichen. Quanteneffekte, bei denen die elektronischen und optischen Eigenschaften durch die Partikelgröße beeinflusst werden, führen zu einzigartigen Verhaltensweisen wie veränderten Absorptions- und Emissionsspektren. Plasmonische Nanostrukturen, wie metallische Nanopartikel, zeigen Oberflächenplasmonresonanz, die für intensive Farben verantwortlich ist und in Sensoranwendungen genutzt werden kann.

Elektrische Eigenschaften: Nanostrukturen wie Siliziumnanodrähte zeigen aufgrund von Quanteneffekten und einer erhöhten Oberfläche einzigartige elektrische Eigenschaften. Diese Eigenschaften können in Halbleitergeräten, Transistoren und Sensoren genutzt werden.

Thermische Eigenschaften: Die Wärmeleitfähigkeit von nanostrukturierten Materialien kann sich drastisch von der ihrer makroskopischen Gegenstücke unterscheiden. Zum Beispiel können nanostrukturierte Materialien eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit aufweisen, was in thermoelektrischen Anwendungen, bei denen der Wärmefluss minimiert werden muss, von Vorteil ist.

Verwandte Begriffe wie Nanostäbe, Nanodrähte und plasmonische Nanostrukturen sind Beispiele für spezifische Arten von Nanostrukturen, die in verschiedenen Bereichen verwendet werden. Nanostrukturiertes Bainit ist beispielsweise eine Art Stahl, der aufgrund der nanometer-skaligen Anordnung seiner Mikrostruktur für seine erhöhte Festigkeit und Zähigkeit bekannt ist.

Nanostrukturen halten großes Potenzial für zukünftige Fortschritte in der Werkstoffwissenschaft, da sie neue Möglichkeiten zur Herstellung leichter, starker und hochfunktionaler Materialien bieten.