基于TEM、FT-IR和XPS的PODE2-4/柴油 混合燃料顆粒物特性

楊 皓，張永強，李 聰，方 宇，李興虎

(1. 上海工程技術大學 機械與汽車工程學院，上海 201620； 2. 北京航空航天大學 交通科學與工程學院，北京 100191)

柴油機排放的顆粒物是造成霧霾天氣的主要因素之一，會對環(huán)境造成嚴重的污染并有害身體健康[1]，其中絕大多數(shù)顆粒物為細顆粒物(尤其PM2.5)能夠對人體造成嚴重威脅．研究[2]表明，長期暴露于PM2.5環(huán)境中能夠使患呼吸道與心血管疾病的風險增加．因此，為減少柴油機排放顆粒物對環(huán)境的污染及人體的危害，在柴油中添加含氧燃料能夠改善發(fā)動機的燃燒狀況和降低顆粒物的排放．聚甲氧基二甲醚(PODEn)作為新型可再生含氧燃料，具有較高的十六烷值，點火性能優(yōu)良，可以降低發(fā)動機噪聲，常態(tài)下是一種液體燃料，分子中無C—C鍵，含氧量較高，使發(fā)動機具有優(yōu)良的燃燒性能，減少了有害顆粒物的排放[3]．PODEn作為柴油的摻混燃料，將具有極好的應用前景．Jin等[4]對PODEn在柴油和乙醇中的溶解度進行研究發(fā)現(xiàn)，PODEn的加入提高了乙醇與柴油的互溶性．馬躍等[5]添加PODEn能有效抑制碳煙的生成，促進了氧化過程的進行．陳暉等[6]研究不同PODEn摻混比例和噴油參數(shù)對柴油機排放性能的影響時發(fā)現(xiàn)，隨著PODEn摻混比例的增加，顆粒物數(shù)濃度及質量濃度顯著降低．

透射電鏡(TEM)可以對柴油機排氣顆粒物的納觀形貌進行觀測．Li等[7]對柴油和5種不同的生物柴油顆粒物照片進行觀察發(fā)現(xiàn)，基本碳粒子主要呈球狀或者橢球狀，且生物柴油顆粒物排列比較緊密，柴油顆粒物排列相對疏松．Zhu等[8]對生物柴油-戊醇混合燃料圖像觀測后發(fā)現(xiàn)，隨著戊醇摻混比例的增加，基本粒子的直徑減小．分形維數(shù)可以對顆粒物的納觀結構進行分析，通過具體的數(shù)字可以對顆粒物的疏密度進行分析[9]．研究[10-11]發(fā)現(xiàn)，柴油機排氣顆粒物分形維數(shù)的大小能夠說明基本碳粒子間的疏密程度，當分形維數(shù)較大時，顆粒物排列的比較緊密，基本碳粒子間重疊率升高；當分形維數(shù)較小時，顆粒物排列的比較松散，基本碳粒子間重疊率降低．Lee等[12]對不同負荷下柴油機排氣顆粒物的分形特征進行分析發(fā)現(xiàn)，顆粒物的分形維數(shù)在1.46～1.70之間．Fayad等[13]通過研究乙醇混合、天然氣制油(GTL)和柴油燃料對分形維數(shù)的影響發(fā)現(xiàn)，柴油機排放顆粒物比GTL燃料和乙醇燃料排氣顆粒物擁有更大的分形維數(shù)．相比于其他燃料，柴油機排氣顆粒物的球狀結構較明顯，而替代燃料常呈現(xiàn)出小的鏈狀結構．

傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)可以對柴油機排放顆粒物表面官能團的組成特性進行研究．Salamanca等[14]對不同摻混比例棕櫚油生物柴油的顆粒物表面官能團進行研究發(fā)現(xiàn)，當生物柴油摻混比例增大時，顆粒物表面的脂肪族官能團含量降低，表明氧含量的增加使顆粒物的氧化變得更加容易，從而導致脂肪族官能團的含量降低．Wang等[15]對不同負荷下柴油機排放顆粒物表面官能團進行試驗發(fā)現(xiàn)，隨著發(fā)動機負荷的增加，柴油機排放顆粒物脂肪族C—H官能團的相對含量減少，而發(fā)動機轉速對C—H官能團無明顯的影響．利用X射線光電子能譜(XPS)不僅能夠通過電子結合能確定樣品中的元素組成，還可以對元素的官能團分布與碳原子雜化程度進行分析．Savic等[16]對不同比例的微藻生物柴油與柴油的混合燃料顆粒物微觀結構進行研究發(fā)現(xiàn)，排氣顆粒物表面存在氧、碳和硅元素；隨著生物柴油混合比例的增加，燃料表面的含氧量增加，顆粒物的排列更加無序．Lapuerta等[17]通過研究丁醇混合燃料顆粒物表面的官能團發(fā)現(xiàn)，隨著燃料中丁醇含量的增加，排氣顆粒物表面的含氧官能團會隨之增加．

目前，對燃用PODEn/柴油混合燃料的柴油機顆粒物排放研究并不多見，筆者將采用TEM、FT-IR、XPS試驗和分形理論對不同摻混比例以及不同負荷下的PODEn/柴油混合燃料(PODEn與柴油以0/100、10/90、20/80的體積比進行混合，簡稱P0、P10和P20)的排氣顆粒物表面有機官能團、碳原子的雜化比(sp3/sp2)和納觀結構的變化規(guī)律進行研究．TEM試驗和分形理論主要針對顆粒物大小研究PODEn的摻混比和不同負荷對混合燃料顆粒物氧化活性的影響規(guī)律；FT-IR和XPS試驗主要研究顆粒物表面官能團含量的影響規(guī)律，XPS試驗對顆粒物表面含氧官能團的研究結果支持了FT-IR試驗中顆粒物表面脂肪族C—H官能團含量降低的結論，反之，也驗證了XPS試驗結論的準確性．上述試驗旨在研究不同摻混比例和不同負荷下的混合燃料排氣顆粒物氧化活性的強弱，探索顆粒物捕集器再生的難易程度．

1 試驗

1.1 顆粒物的取樣和制備

試驗發(fā)動機是常柴股份有限公司R180型單缸臥式四沖程柴油機，主要參數(shù)如表1所示．所采用的燃料氧化添加劑是PODE2-4，其由PODE2、PODE3和PODE4按照2.553%、88.900%和8.480%的質量分數(shù)混合而制，柴油為基礎燃料．采樣是在柴油機轉速為1800 r/min、5%和100%負荷工況下進行．樣品是在距發(fā)動機排氣歧管1.2m處的排氣管內采集，采樣點的溫度控制在48～52℃．金屬過濾器采用直接取樣法．試驗中，將多層金屬網(wǎng)安放在排氣管內，柴油機排氣顆粒物會被金屬過濾器過濾掉，實現(xiàn)與DPF類似的效果，從而獲得與使用DPF情況下相似的顆粒物樣品．將獲取的不同摻混比例的PODE2-4/柴油混合燃料排氣顆粒物放入樣品瓶密封保存．每次試驗前，需對發(fā)動機預熱處理20min．收集在樣品瓶中的試驗樣品可直接用于TEM和分形維數(shù)分析．

表1 柴油機主要參數(shù) Tab.1 Diesel engine main specifications

對于顆粒物樣品的制備主要采用超聲震蕩和離心分離的方法．首先，將采集的柴油機排氣顆粒物放入乙醇溶液中，利用超聲波清洗器(型號KQ3200，容量為6L，超聲頻率為40kHz，超聲功率為150W)超聲震蕩30min，使其完全溶解．然后，將混合溶液直接移入離心管內，利用臺式離心機(型號TDL-60C，最高轉速為6000r/min)，在轉速為4000r/min離心60min．在離心力的作用下，固、液分層，分離出的沉淀物即為干凈且不含可溶性有機成分(SOF)的顆粒物．為了完全除去顆粒物表面的SOF，超聲震蕩與離心分離步驟重復3次．最后將制備好的顆粒物樣品密封避光保存．經預處理后的試驗樣品可用于FT-IR和XPS試驗分析．

1.2 試驗儀器和步驟

1.2.1 透射電子顯微鏡

TEM采用美國FEI公司生產的Tecnai G220場發(fā)射透射電子顯微鏡，該儀器可以對顆粒物的納觀結構特征進行分析．其點分辨率為0.24nm，采用LaB6燈絲，加速電壓為200kV，最大放大倍數(shù)為103萬倍．利用TEM對樣品瓶內的試驗樣品直接進行觀測分析，獲取柴油機排氣顆粒物的納觀結構圖．

1.2.2 分形維數(shù)

顆粒物的復雜無規(guī)則微觀結構具有自相似分形特性，利用分形維數(shù)對顆粒物的納觀結構進行分析，具體數(shù)字可以表明PM的疏密程度．

Brasil等[10]采用式(1)對柴油機排氣顆粒物的分形維數(shù)Df進行計算，即

對式(1)兩端取對數(shù)，有

式中：N為基本碳粒子數(shù)量；Dp為基本碳粒子的直徑；kg為指前因子；Rg為顆粒物回轉半徑；ri代表第i個基本碳粒子中心到顆粒物形心的距離．

當利用式(3)計算顆粒物回轉半徑Rg時，發(fā)現(xiàn)顆粒物形心很難準確測量，且基本碳粒子間存在堆積重疊的現(xiàn)象，直接測量顆粒物的回轉半徑不太現(xiàn)實．因此，可以利用間接估計顆粒物回轉半徑的方法，對其電鏡圖像進行分析[10]．顆粒物回轉半徑和最大投影長度L的關系為

基本碳粒子數(shù)量N也是對顆粒物TEM圖像間接估計得出的，其與基本碳粒子投影面積Ap和顆粒物投影面積Aa間的關系如式(5)所示．

利用Image-Pro Plus 6.0軟件直接獲取顆粒物的投影面積Aa和基本碳粒子直徑Dp，利用方程求取基本碳粒子的投影面積Ap；Ka表示投影面積指前因子；α表示投影面積經驗指數(shù)，利用K?ylü等[18]的研究成果，此處Ka和α依次選值為1.16與1.10，標準偏差依次為0.010與0.002．

1.2.3 傅里葉變換紅外光譜儀

FT-IR使用美國Thermo Fisher Scientific公司生產的Nicolet 6700型號的高級傅里葉變換紅外光譜儀，該儀器可對物質化學成分進行分析，采集分辨率為1cm-1，掃描32次，光譜范圍為4000～400cm-1．分析數(shù)據(jù)前，利用OMNIC軟件對譜線進行了自動基線修正以及平滑處理．為了對柴油機排放顆粒物表面官能團進行研究，利用FT-IR技術對不同燃料顆粒物的表面碳氫官能團進行了檢測分析．

1.2.4 X射線光電子能譜儀

XPS采用美國Thermo Fisher Scientific公司生產的ESCALAB 250Xi型號的X射線光電子能譜儀，對樣品表面的元素、官能團分布和碳原子雜化程度進行分析，荷電效應校正使用C 1s(284.6eV)．顆粒全譜掃描時的能量范圍是0～1371eV，掃描次數(shù)是1次，掃描步長為1eV，通能為100eV；當對碳元素進行精細譜掃描時，步長為0.1eV，通能為30eV，掃描次數(shù)是5次，樣品分析面積為0.7×0.3mm2，工作電壓為15kV，功率為400W．此次XPS試驗主要針對顆粒物樣品表面的元素組成和碳原子雜化比(sp3/sp2)及羥基(C—OH)和羰基(C＝O)官能團進行分析．通過對XPS全譜掃描圖中的C 1s峰進行分峰解譜得到表面C—OH和C＝O官能團及表面碳原子的雜化信息．

2 結果和討論

2.1 顆粒物樣品的納觀結構

圖1示出在放大倍數(shù)為50000時獲得的TEM，排氣顆粒物部分區(qū)域顏色較深，這是多個基本碳粒子堆疊在一起造成的，使單個基本碳粒子的輪廓變得模糊不清．通過TEM圖可以看出顆粒物的疏密程度，P0排氣顆粒物最為疏松，當PODE2-4摻混比例增加時， 從整體尺寸來看，顆粒物變得更小，顆粒物排列的也更加緊密．此外，顆粒物的支鏈數(shù)與基本碳粒子數(shù)顯著地減少，鏈長也逐漸減短．PODE2-4是一種含氧燃料，有助于燃料的完全燃燒，使顆粒物的生成量減小，較少的顆粒物會使基本碳粒子間碰撞的幾率減小，使形成鏈狀所需顆粒物數(shù)目減少，很難結合成大尺寸顆粒物．較小的顆粒物容易被氧化，有利于顆粒物捕集器的再生．對比高、低負荷下的TEM圖發(fā)現(xiàn)，隨負荷的增加，顆粒物的排列更加疏松，重疊度降低．

圖1 不同摻混比例PODE2-4混合燃料排氣顆粒物TEM Fig.1 TEM images of PM samples at different blending ratio of PODE2-4

2.2 分形維數(shù)擬合和參數(shù)分析

利用Image-Pro Plus 6.0軟件，通過對TEM圖像中每個基本碳粒子進行手工界定的方式，獲取基本碳粒子直徑Dp、顆粒物最大投影長度L、基本碳粒子投影面積Ap和顆粒物投影面積Aa，如圖2所示．

圖2 參數(shù)獲取示意 Fig.2 Schematic of parameter acquisition

利用方程(2)和(3)可以得出顆粒物的N和Rg，從而畫出lgN與lg(2Rg/Dp)坐標，如圖3所示，利用Origin軟件進行多點擬合，能夠得到一條直線，顆粒物分形維數(shù)Df可以用該直線的斜率表示，投影面積指前因子Ka可以用該直線的截距表示．

圖3表示P0、P10和P20在高、低負荷下的排氣顆粒物分形維數(shù)線性擬合，分形維數(shù)在1.55～1.76內變化，具體的數(shù)值見表2．分析發(fā)現(xiàn)，高、低負荷下的顆粒物分形維數(shù)均隨PODE2-4摻混比例的增加而增大，低負荷時P10與P20混合燃料排放顆粒物分形維數(shù)比P0增加了0.04與0.06；高負荷時P10與P20混合燃料排放顆粒物分形維數(shù)比P0增加了0.08與0.09．顆粒物分形維數(shù)的大小可以反映出顆粒物間的疏密程度，當顆粒物的分形維數(shù)較大時，顆粒物間的重疊率也較大，顆粒物間排列更加緊密．這也許是由于PODE2-4是一種含氧燃料，隨著摻混比例的增加，混合燃料的含氧量會隨之增加，使燃料燃燒的更為徹底，較小的顆粒物會被氧化掉，顆粒物的生成量減少，基本粒子間碰撞結合的概率降低，不易連接、合并或團聚在一塊，很難形成較大的顆粒物，顆粒物的粒徑減少，顆粒物間團聚程度提高，排列結構越緊密．

表2 不同摻混比例燃油排氣顆粒物分形維數(shù) Tab.2 Fractal dimension of PM samples at different blending ratio of fuel

圖3 不同摻混比例混合燃料排放顆粒物分形維數(shù)線性擬合 Fig.3 Linear fitting diagrams of PM samples fractal dimension at different blending ratio of fuel

將高負荷下的P0、P10和P20排氣顆粒物與低負荷下的P0、P10和P20排氣顆粒物的分形維數(shù)對比分析發(fā)現(xiàn)，高負荷分形維數(shù)比低負荷分形維數(shù)依次減少了0.11、0.07和0.04．分形維數(shù)隨負荷的增加而減小，這可能當負荷增加時，缸內的高溫、高壓情況表現(xiàn)的尤為劇烈，基本碳粒子的粒徑增加，顆粒物間團聚程度降低，因而這類顆粒物間的排列比較疏松，分形維數(shù)較小．

2.3 FT-IR分析結果

圖4為P0、P10和P20在高、低負荷下的排氣顆粒物樣品FT-IR光譜，一般將紅外光譜圖中2920cm-1附近的不對稱亞甲基峰視為碳氫結合的特征峰，處于1645cm-1附近的芳香環(huán)峰視為碳碳結合的特征峰．通過兩特征峰當量峰高比(IC—H/IC＝C)來對顆粒物表面脂肪族C—H官能團的相對含量進行確定．

圖4 顆粒物樣品FT-IR光譜 Fig.4 FT-IR spectrum of PM samples

圖5為不同摻混比燃料對排氣顆粒物表面C—H官能團的影響．在低負荷下，PODE2-4/柴油混合燃料的IC—H/IC＝C值位于0.13～0.27內；高負荷下，混合燃料的IC—H/IC＝C值處于0.07～0.18．隨著PODE2-4添加劑摻混比例的增加，IC—H/IC＝C值隨之減少，顆粒物表面脂肪族C—H官能團降低．這可能是因為隨著PODE2-4摻混比例的增加，氧摩爾質量隨之增加，使顆粒物的氧化變得更為徹底，降低了顆粒物表面脂肪族C—H官能團的個數(shù)．

對比圖5中不同摻混比燃料的顆粒物表面的 IC—H/IC＝C值可知，當發(fā)動機由高負荷轉為低負荷時，P0、P10和P20顆粒物表面IC—H/IC＝C值的增幅分別為50.0%、7.1%和85.7%．3種顆粒物的IC—H/IC＝C值均 隨負荷的降低而升高．這是因為當負荷減小時，HC排放增加，說明整個反應過程有更多能夠參與到顆粒物表面生長的HC類活性基團，導致顆粒物中C—H官能團個數(shù)的升高．其次，小負荷下的缸內溫度和壓力比較低，顆粒物表面的C—H官能團被氧化程度低，促進了IC—H/IC＝C值的升高．此外，一些HC化合物能夠以SOF的形式吸附在顆粒物表面，一定程度上增加了C—H官能團個數(shù)，使IC—H/IC＝C值升高．

圖5 不同摻混比燃料對顆粒物表面IC—H/IC＝C的影響 Fig.5 Effect of different blending ratio of fuel on IC—H/IC＝C ratio on the surface of PM samples

2.4 XPS分析結果

2.4.1 顆粒物表面氧與碳元素比

利用全譜掃描，XPS可以獲取顆粒物表面元素的組成及含量信息，收集的不同摻混比例PODE2-4/柴油混合燃料的排氣顆粒物主要成分為碳，其次為氧，如圖6所示．

圖6 高負荷下P0排氣顆粒物XPS全譜掃描 Fig.6 XPS survey scans of P0 exhaust particles under high load

圖7為不同負荷下P0、P10和P20排氣顆粒物表面氧、碳元素物質的量比n(O)/n(C)變化規(guī)律．在低負荷下，PODE2-4/柴油混合燃料的顆粒物表面n(O)/n(C)值介于0.246～0.308之間；高負荷下，PODE2-4/柴油混合燃料的顆粒物表面n(O)/n(C)值介于0.126～0.136之間．n(O)/n(C)均隨PODE2-4摻混比例的增加而增大，也就是說混合燃料的顆粒物表面含氧量隨PODE2-4摻混比例的增加而增大，這是因為PODE2-4摻混燃料本身具有較高的氧摩爾質量，與 柴油相比，其在燃燒過程中與C元素發(fā)生反應的幾率更大，含氧官能團增多，導致顆粒物表面n(O)/n(C)值的增加．當發(fā)動機由低負荷轉為高負荷時，P0、P10和P20顆粒物表面n(O)/n(C)值的降幅分別為48.8%、52.9%和55.8%．當發(fā)動機負荷增加時，相應的循環(huán)供油量增加，缸內燃燒溫度及壓力亦隨之增加，顆粒間的反應更為劇烈，從而導致顆粒物表面O元素被嚴重的消耗，n(O)/n(C)值降低．

圖7 不同負荷下P0、P10和P20排氣顆粒物表面n(O)/n(C)變化規(guī)律 Fig.7 Variation regularity of n(O)/n(C) ratio on the surface of PM samples under different load

2.4.2 顆粒物表面不同形式雜化碳

對C元素進行精細譜掃描能夠得到碳原子的組成信息．利用XPS Peak4.1軟件對碳譜進行分峰擬合，使用高斯-洛倫茨擬合法把碳譜擬合為4個小峰，依次為sp2、sp3、C—OH和C＝O，相應的結合能在284.8、285.4、286.6及288.8eV附近，如圖8所示．柴油機排氣顆粒物主要以sp2和sp3雜化形式存在，其中以sp2存在形式為主．sp2含量的增加意味著顆粒物有序程度較強，sp3含量的增加意味著顆粒物無序程度較強，因而，隨sp3/sp2值的增加，顆粒物的無序程度也會增強．碳結構無序度的增強使顆粒物的氧化變得更加容易．

圖8 高負荷下P0排氣顆粒物C元素精細譜掃描 Fig.8 Narrow scans of P0 exhaust particles element C under high load

圖9為P0、P10和P20排氣顆粒物在高、低負荷下的雜化比變化規(guī)律．由低負荷下顆粒物表面sp3/sp2值變化規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，PODE2-4/柴油混合燃料的顆粒 物表面sp3/sp2值介于0.607～0.762之間，隨PODE2-4摻混比例的增加，sp3/sp2值隨之增加；由高負荷下顆粒物表面sp3/sp2值變化規(guī)律可知，PODE2-4/柴油混合燃料的顆粒物表面sp3/sp2值介于0.368～0.678之間．隨PODE2-4摻混比例的增加，sp3/sp2值也隨之增加．這是因為隨PODE2-4摻混比例的增加，混合燃料本身的含氧量也會增加，其自身的氧分子參與各種副反應，減少了利于顆粒物生長的基團和物質，導致碳微晶長度變短，增強了碳結構的無序性，因此，混合燃料氧摩爾質量的增加是引起顆粒物表面sp3/sp2值增加的原因．

圖9 不同負荷下P0、P10和P20排氣顆粒物表面sp3/sp2值變化規(guī)律 Fig.9 Variation regularity of sp3/sp2 ratio on the surface of PM samples under different load

當發(fā)動機由低負荷變?yōu)楦哓摵蓵r，P0、P10和P20顆粒物表面sp3/sp2值的降幅分別為39.4%、16.3%和11.0%．負荷升高，缸內燃燒溫度與壓力升高，增大了新生成顆粒物的氧化程度，顆粒物中sp3碳原子數(shù)減少，導致sp3/sp2值的降低．

2.4.3 顆粒物表面羥基和羰基含氧官能團

圖10為混合燃料在高、低負荷下的排氣顆粒物表面含氧官能團摩爾分數(shù)變化規(guī)律．低負荷下，顆粒物表面的C—OH摩爾分數(shù)在2.21%～2.52%之間， C＝O摩爾分數(shù)在1.88%～2.25%之間，總含氧官能團(C—OH與C＝O)摩爾分數(shù)在4.09%～4.77%之間；高負荷下顆粒物表面的C—OH摩爾分數(shù)在1.55%～1.83%之間，C＝O摩爾分數(shù)在1.35%～1.73%之間，總含氧官能團摩爾分數(shù)在2.90%～3.56%之間．隨著PODE2-4摻混比的增加，顆粒物表面的C—OH、C＝O以及總含氧官能團摩爾分數(shù)均隨之增加．這是因為與證明過的氧摩爾質量增加可以增強顆粒物的無序性有關．當顆粒物無序程度增加時，其表面會有較短的微晶尺寸、較多的無規(guī)則斷面，可以增加化學反應活化位的數(shù)量，燃燒過程中的活性含氧基團與顆粒物的結合變得更加容易，使排氣顆粒物的表面形成穩(wěn)定的含氧官能團．其次，燃料本身具有的氧較空氣中的氧更易于參與到其氧化反應中，增加了燃燒過程中的含氧基團數(shù)量，從而提高了在顆粒物表面形成含氧官能團的概率，較多的表面含氧官能團可以增強顆粒物的氧化活性．

圖10 不同負荷下P0、P10和P20排氣顆粒物表面含氧官能團摩爾分數(shù)變化規(guī)律 Fig.10 Variation regularity of oxygen-containing functional groups on the surface of PM samples under different load

當發(fā)動機由低負荷變?yōu)楦哓摵蓵r，P0、P10和P20顆粒物表面的C—OH、C＝O和總含氧官能團摩爾分數(shù)的降幅分別為29.9%、32.8%、27.4%和28.2%、27.9%、23.1%以及29.1%、30.4%、25.4%．這是由于當負荷增加時，油、氣混合比較濃，氧摩爾質量相對較低，顆粒物表面含氧官能團的生成量減少．此外，大負荷下的溫度較高，對顆粒物表面生成的含氧官能團的氧化作用增強，這兩個因素的共同影響下，使最終的C—OH、C＝O和總含氧官能團摩爾分數(shù)降低．

3 結論

(1) TEM分析發(fā)現(xiàn)，隨著PODE2-4摻混比例的增加，顆粒物的整體尺寸變得更小，顆粒物排列更加緊密；顆粒物的支鏈數(shù)與基本碳粒子數(shù)也顯著的減少，鏈長逐漸減短；而當負荷增加時，顆粒物的排列更加疏松，重疊度降低．

(2) 利用分形理論對排氣顆粒物進行分析發(fā)現(xiàn)，顆粒物分形維數(shù)位于1.58～1.79內；顆粒物的分形維數(shù)隨PODE2-4摻混比例的增加或負荷的減小而變大；利用FT-IR研究顆粒物發(fā)現(xiàn)，PODE2-4/柴油混合燃 料的顆粒物表面IC—H/IC＝C值位于0.07～0.27內；隨著PODE2-4添加劑摻混比例的增加或負荷的增加，IC—H/IC＝C值隨之減少，顆粒物表面脂肪族C—H官能團降低．

(3) XPS分析發(fā)現(xiàn)，PODE2-4/柴油混合燃料的顆粒物表面n(O)/n(C)值介于0.126～0.308之間；sp3/sp2值介于0.368～0.762之間；C—OH摩爾分數(shù)在1.55%～2.52%之間，C＝O摩爾分數(shù)在1.35%～2.25%之間，總含氧官能團摩爾分數(shù)在2.90%～4.77%之間；隨著PODE2-4摻混比例的增加或負荷的減小，顆粒物表面的n(O)/n(C)、sp3/sp2、C—OH、 C＝O以及總含氧官能團摩爾分數(shù)均隨之增加．