本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種CNTs復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，所述CNTs復(fù)合材料主要由聚苯乙烯和改性CNTs復(fù)合而成，所述改性CNTs的含量為所述聚苯乙烯的5wt％?20wt％，所述改性CNTs為CNTs經(jīng)酸化后由聚3?己基噻吩改性而成，所述CNTs與聚3?己基噻吩的質(zhì)量比為1：(0.1?0.6)。本發(fā)明使用聚3?己基噻吩對酸化后的CNTs進(jìn)行非共價改性，再與聚苯乙烯進(jìn)行混合，最后利用涂布干燥法對CNTs取向形成導(dǎo)熱通路，最大程度地保留了CNTs材料結(jié)構(gòu)的完整性，有效改善CNTs與聚苯乙烯之間的界面相容性，降低界面熱阻，增加CNTs對提高復(fù)合材料熱導(dǎo)率的效果。