本實用新型涉及納米材料技術領域，具體涉及一步制備碳納米管薄膜復合材料的制備裝置，其包括反應室和收集室，收集室設置有用于收集碳納米管聚集體的傳送帶、能夠使高分子基體對傳送帶上形成的碳納米管薄膜的表面進行浸潤的浸潤部件以及施壓部件，高分子基體通過浸潤部件對碳納米管薄膜的表面進行浸潤，同時施壓部件對碳納米管薄膜表面施壓以使碳納米管薄膜與高分子基體結合而形成致密的碳納米管薄膜復合材料；收集室還設置有用于使碳納米管薄膜復合材料固化成型的加熱裝置。本實用新型解決了高分子基體在碳納米管薄膜網絡結構中的浸潤及滲透難題，并簡化了裝置和生產步驟,最終制備的碳納米管薄膜復合材料的綜合性能得到顯著提高。