Nanotechnologie befasst sich mit der Erzeugung, Charakterisierung und Nutzung von Strukturen und Prozessen im Größenbereich von etwa 1–100 nm. In der Werkstofftechnik steht dabei die gezielte Einstellung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen durch Kontrolle atomarer und nanostruktureller Anordnungen im Vordergrund.

Auf dieser Skala dominieren Grenzflächen-, Quanteneffekte und Defektstrukturen das Werkstoffverhalten. Nanokristalline Metalle zeigen z.B. durch extrem hohe Korngrenzdichten erhöhte Festigkeiten, während Nanopartikel- oder Nanoröhren-gefüllte Polymer- oder Zement-Matrix-Verbundwerkstoffe verbesserte Steifigkeit, Risszähigkeit oder Barriereeigenschaften aufweisen können. Solche Ansätze werden u.a. in der Nanotechnologie im Beton und im Nano-Engineering eingesetzt.

Wesentliche methodische Säulen sind „top-down“-Verfahren (z.B. mechanisches Mahlen, Lithographie, Ionenspur-Nanotechnologie) und „bottom-up“-Ansätze (chemische Gasphasenabscheidung, Sol-Gel-Prozesse, Selbstorganisation). Die resultierenden Nanostrukturen werden mit hochauflösenden Verfahren wie TEM, AFM oder XRD charakterisiert.

Funktionale Nanomaterialien bilden die Basis für Nanotheranostik (kombinierte Diagnostik/Therapie), Katalyse, Energiespeicher, Korrosionsschutzschichten und sorptive Systeme zur Umweltsanierung. Zentrale Herausforderungen sind Skalierbarkeit, Langzeitstabilität, Schnittstellenchemie sowie die toxikologische und ökologische Bewertung freisetzbarer Nanopartikel.

Insgesamt ermöglicht die Nanotechnologie eine eigenschaftsgetriebene Werkstoffentwicklung, bei der Designprinzipien von der Atom- bis zur Bauteilebene konsistent verknüpft werden.