低温氧等离子体中有丰富的活性粒子，在材料表面改性中有着重要的应用。与其他低温等离子体类似，低温氧等离子通过气体放电获得，其中放电方式主要有直流电场放电和射频放电等。其中，射频放电是一种在低温低气压状态下的放电技术，使用射频放电可获得电离度与密度较大的氧等离子体，因而广泛应用于实际生产中。
氧等离子清洗机主要由四部分组成：反应室、射频电源及电极和抽气系统。反应室中央装着上下平行的电极板,电极间距可调。图 1-1所示为氧等离子清洗机结构示意图，从图中可知，氧等离子清洗机采用电容耦合的内部电极放电结构，其原理为：在低真空环境中通入氧气，上电极接入的射频功率会使得上极板与下极板交替（阴极）发射电子，电子经过上下极板之间的电场加速后撞击氧分子；当电子速度达到足够大时，其撞击便会使氧气电离；电离后的氧等离子体中含有的多种带电粒子，在电场的作用下，这些带电粒子不断碰撞别的粒子，不断变化；最后氧等离子体整体达到动态平衡，其含有各种粒子的比例由射频功率决定。同时在这个过程中，需要不断输入氧气和排出废气。
图1-1 氧等离子清洗机工作原理图
低温氧等离子体中含有很多高化学活性的粒子，如正氧离子、负氧离子、电子、原子氧和氧分子等，其整体呈现出不同粒子相互碰撞的动态平衡状态。
氧气等离子体形成过程即可用下列6个反应式来表示：
O2——O2+e
O2——2O
O2+e——O2+e
O2+e——O2+hv+e
O2+e——2O+e
O2+e——O+O++2e
第一个反应式表示氧气分子在得到外界能量后变成氧气阳离子，并放出自由电子的过程。第二个反应式表示氧气分子在得到外界能量后分解形成两个氧原子自由基的过程。第三个反应式表示氧气分子在具有高能量的激发态自由电子作用下转变成激发态。第四第五反应式则表示激发态的氧气分子进一步发生转变，在第四个反应式中，氧气分子回到通常状态的同时发出光能（紫外线）。在第五个反应式中，激发态的氧气分子分解成两个氧原子自由基。第六个反应式表示氧气分子在激发态自由电子的作用下，分解成氧原子自由基和氧原子阳离子的过程。当这些反应连续不断发生，就形成里氧气等离子体。
氧等离子清洗机处理可以引入含氧极性基团
O2等离子体处理材料表面，可以提高材料的表面能并引入大量的含氧极性基团(－COOH、－OH)，增大材料表面的粗糙程度，进而改善表面的润湿性。
R·+0·→RO·
R·+O2→ROO·
材料表面经氧气等离子体处理的表面变化
氧等离子清洗机可以清洗材料表面的有机污染物
氧离子会与有机污染物发生氧化反应如（式a所示）。(a)表示氧等离子体反应的过程，可以看出，氧等离子体中的活性粒子与有机污染物发生化学反应，有机污染物被分解，生成了二氧化碳和水。
O2＋e－→ 2O ※ +e－ O ※+有机物 →CO2+H2O（式a）
氧气等离子与有机污染物反应原理
氧等离子清洗机常见应用：
微流控芯片制作：清洁PDMS和载玻片表面,并用氧等离子清洗机处理,使表面变得亲水,从而形成牢固的键合
硅片清洗：用氧等离子清洗硅片表面，可以得到羟基化亲水表面
ITO/FTO导电玻璃清洗：氧等离子清洗不仅可以改变ITO表面的化学组成，还可以去除表面含有的碳，并增加ITO阳极的功函数，减小注入势垒，对器件性能具有较好的提升作用
衬底清洗：利用氧等离子清洗机对衬底清洗，这样可以保证材料可以更好地吸附在衬底上
石墨烯薄膜：可以利用氧气等离子清洗机对石墨烯薄膜的表面进行亲水性的处理
氧气等离子清洗机可以在不改变材料本体化学结构的同时在材料表面引入新的极性基团，使惰性的材料表面得以活化。氧等离子体处理在材料表面产生了化学作用和物理效应，使较为光滑的材料表面粗糙化。氧等离子体处理可以大幅度提高了材料表面的浸润性能。
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