石墨烯纳米片在提高聚乳酸(PLA)复合材料力学性能和气体阻隔性能等方面具有良好的应用前景,但通常在不同程度上受限于较差的界面相互作用.本文通过高效且环境友好的微波辅助水相仿生矿化方法,在石墨烯纳米片表面直接生成高结晶度、高结构规整度的羟基磷灰石纳米晶须,获得了具有良好分散性和界面结合力的仿生矿化石墨烯(BMGr)纳米杂化体.将BMGr纳米杂化体均匀分布于聚乳酸纤维表面,通过受限成型(60℃,3 MPa)获得了具有强界面结合的复合薄膜,大幅提高了力学性能.值得强调的是,BMGr增强聚乳酸复合薄膜的拉伸强度、杨氏模量和拉伸韧性分别达到22.6 MPa,199 MPa和6.6 MJ/m~3,是纯PLA纤维膜的6.46,3.75和8.25倍.本文不仅发展了有效修饰石墨烯纳米片的技术路线,更为制备高强度高韧性的聚乳酸复合材料并阐述其结构-性能关系提供了研究思路.