活性物质是一种由自驱动粒子组成的非平衡态体系,每个粒子通过消耗能量来实现自我驱动。活性物质系统不受限于诸如细致平衡条件或涨落耗散定理等热力学规则,因而会涌现出丰富复杂的动力学现象,例如广泛存在于自然界中的集群运动。集群运动分布于从菌群到鸟群的各个空间尺度,这样的系统通过粒子间的局域相互作用能够自发地形成大尺度的有序结构。理解这一现象背后的物理本质一直是软物质和非平衡统计物理领域一个重要的研究方向。我们以微米尺度的细菌为对象,系统地研究了密度、胞体形态和边界条件对细菌集群动力学的影响。固体表面生长的二维菌膜系统中,我们研究了运动取向高度有序的细菌团簇内速度和取向涨落的空间关联函数,发现速度和取向涨落的关联长度和团簇尺度L均呈现近似的线性关系:/≈0.3;当使用关联长度对距离重新标度后,不同大小团簇中测量的关联函数能够高度重合到一条主曲线上,这暗示细菌团簇内的涨落关联具有尺度不变性。结合此前三维鸟群的研究结果,我们猜测尺度不变的空间关联可能是集群运动系统的普遍特征。我们利用粘质沙雷氏菌在气液边界附近实现了一个密度和胞体长宽比可调的二维细菌体系。若将粘质沙雷氏菌调整到接近球形时,球形细菌能在气液界面处形成动态团簇,但团簇并不具有长程的运动取向序。我们的流体示踪实验和数值计算表明,球形细菌的鞭毛取向垂直于界面,这会导致边界附近的流场具有一个指向细菌的径向分量,从而使细菌相互吸引聚集成团,这与此前自驱动阴阳球相分离实验中的自俘获效应完全不同,是一种流体力学引起的新成团机制。在杆状细菌系统中,随着密度升高,系统经历无序的活性气态到类似湍流的有序结构的转变,时空关联尺度也逐渐增大,在填充比!"#=0.676时达到峰值。>!"#后关联尺度锐减,动力学迅速减慢,并逐渐由笼效应主导,均方位移表现为亚扩散,中间散射函数分裂成两段弛豫过程,系统呈现出类似于热力学胶体颗粒体系的玻璃态动力学特征。除了对多体系统中集群现象的研究,我们还探索了利用运动细菌来产生微观输运流场的可能性。通过微加工结构将平滑游动的细菌束缚在指定位置,细菌鞭毛旋转产生的流场能够实现物质的定向输运。组合不同结构可以实现复杂的功能,比如在空间特定位置收集胶体颗粒等。这一工作提供了一种在微米尺度产生定向流场和驱动装置的新方法。