碳纖維增強聚合物（CFRP）作為一種輕質、堅固且堅韌的復合材料，可用于減輕汽車、飛機和航天器的重量并提高燃油效率。然而，傳統的CFRP很難回收，大多數都是一次性材料，因此碳足跡顯著。美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）設計出閉環路徑，可用于合成極其堅韌的碳纖維增強聚合物（CFRP），并能回收其所有原材料。ORNL的閉環技術（發表在期刊《Cell Reports Physical Science》上），可以應對上述挑戰。 
傳統的熱固性材料是永久交聯的。一旦合成、固化、模塑并定形，就無法再加工。然而，ORNL將動態化學基團添加到聚合物基體及其嵌入的碳纖維中， 聚合物基體和碳纖維可以經歷多次再加工循環，而不會損失如強度和韌性等機械性能。Rahman與ORNL化學家Tomonori Saito一起領導這項研究，此外Rahman和ORNL博士后研究員Menisha Karunarathna Koralalage進行了大部分實驗。三人已為這項創新申請了專利。 未來，隨著循環輕質材料被納入清潔能源技術，ORNL的閉環回收技術可能會改變低碳制造。研究人員從大自然中汲取靈感，大自然采用動態界面來創造堅固的材料。珍珠層是海洋貽貝和其他軟體動物貝殼內的彩虹色珍珠母，非常堅韌：它可以變形而不會破裂。此外，海貽貝會強烈地粘附在表面，但在必要時會耗散能量以釋放。研究人員旨在優化碳纖維和聚合物基體之間的界面化學，以提高界面附著力并增強CFRP韌性。“我們合成的復合材料的強度幾乎是傳統環氧樹脂復合材料的兩倍，拉伸強度是同類纖維增強復合材料中最高的。”Rahman說，“其他機械性能也非常好。” ORNL材料與沒有動態鍵的聚合物相比，纖維界面和聚合物之間的動態共價鍵具有43%的界面附著力。動態共價鍵可實現閉環回收。在傳統的基體材料中，碳纖維很難與聚合物分離。ORNL的化學方法在功能位點‘夾’住纖維，使得將纖維從聚合物中分離出來以供再利用成為可能。研究人員對一種名為S-Bpin的商品聚合物進行了改性。他們創造出一種含有硼酸酯基團的氫化苯乙烯-丁二烯嵌段（SEBS）共聚物，這些基團與交聯劑和碳纖維共價鍵合，讓CFRP變得更堅韌。對CFRP進行拉伸性能測試、流變學數據解讀、層間剪切強度分析和掃描電子顯微鏡顯示，碳纖維在回收后仍保持其原有質量和性能，通過X射線光電子能譜證實了哪些分子附著在纖維表面。研究人員發現，動態交聯的程度很重要。“我們發現5%的交聯比50%的交聯效果更好。” Rahman說，“如果我們增加交聯劑的用量，它就會開始使聚合物變脆。這是因為我們的交聯劑具有三個類似‘抓手’的結構，能夠建立更多的連接并降低聚合物的柔韌性。” 接下來，研究團隊希望對玻璃纖維復合材料進行類似的研究，玻璃纖維復合材料可以在保持高性能的同時降低航空航天、汽車、海洋、體育、建筑和工程應用的成本和碳足跡。他們還希望降低新技術的成本，以拓展更多應用領域，優化商業前景。
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