Osiągnięcie naukowe prof. Chmielarza obejmuje charakterystykę oraz optymalizację metod ATRP do otrzymywania polimerów o różnorodnej strukturze i architekturze, zarówno w środowisku organicznym, jak i wodno-organicznym (miniemulsji). Kluczowym aspektem osiągnięcia jest opracowanie nowych koncepcji ATRP, kontrolowanych zewnętrznymi (niechemicznymi) czynnikami redukującymi, w których stężenie katalizatora redukuje się metodami elektrochemicznymi (eATRP) lub stosując technikę bez wprowadzania do układu reakcyjnego metalicznego kompleksu katalitycznego (metal-free ATRP). Badania obejmują autorską koncepcję syntezy homopolimerów, polimerów gwiaździstych oraz polimerów szczotkowych (szczepionych z nanocząstek krzemu, węglowych kropek kwantowych, białek, ligniny, płytek krzemowych, PEEK, szkła, PLA, bawełny i drewna). Jednym z przełomowych osiągnięć prof. Chmielarza jest opracowanie uproszczonej procedury syntezy szczotek polimerowych wrażliwych na zmiany pH środowiska w objętościach mikrolitrowych mieszaniny reakcyjnej z możliwością przeprowadzania modyfikacji powierzchni płaskich bezpośrednio na stole laboratoryjnym w atmosferze powietrza. Nowatorski aspekt pracy polegał na zastosowaniu przyjaznego dla środowiska rozpuszczalnika (woda), jak i polimeryzację kontrolowano ekologicznymi czynnikami niechemicznymi (światło niebieskie) i chemicznymi (cukry, witaminy).
Przytoczone osiągnięcia prof. Chmielarza reprezentują wybrany zakres prac badawczych, natomiast cały cykl prac jest niejako przewodnikiem po koncepcjach polimeryzacji inspirowanych zasadami „zielonej chemii” w syntezie materiałów o precyzyjne zdefiniowanej strukturze i topologii. Mając na celu uproszczenie tego typu syntez i zredukowanie ich toksyczności, w pracach zaproponowano metody, które z powodzeniem mogą stanowić trwałą alternatywę dla obecnych rozwiązań technologicznych stosowanych w przemyśle tworzyw sztucznych i biomedycynie, np. nośników leków, implantów w inżynierii tkankowej oraz hydrofobowych powłok antybakteryjnych.
