本发明提供了一种导热复合材料及其制备方法与应用。本发明方法先将炭黑与CTAB均匀分散于水中，然后与石墨烯分散液均匀混合，所得混合分散液过滤，洗涤，干燥，得到石墨烯/炭黑复合材料，再进一步与尼龙及其他助剂混合，挤出造粒，即可。本发明方法结合石墨烯的片层结构，以炭黑为导热填料，通过超声分散和表面活化剂、表面处理剂的处理，使得炭黑插入前者的片层结构之间并与之结合，不仅可以促进材料分散，减小导热填料的团聚，而且可以使得炭黑在片层状导热填料的片层之间搭建导热桥梁，促进导热网络的形成，从而提升材料的热导率。本发明方法操作简便，设备投入少，易于推广应用，所得材料热导率高，具有良好的应用前景。