本发明涉及散热材料技术领域，尤其涉及一种复合散热薄膜材料的制备方法。将化学气相沉积法得到的碳纳米管薄膜放置在等离子增强化学气相沉积管式炉中作基底，并向管式炉中通入碳源后，同时在基底上下端引入内置电场，在高温和等离子射频同时作用下，得到定向垂直排列的石墨烯纳米片覆盖在碳纳米管薄膜基底上，得到复合薄膜材料。本发明通过电场辅助等离子体增强化学气相沉积制备碳纳米管‑石墨烯纳米片阵列复合薄膜，成本低柔性好，散热效果好，可以贴于轻量微型电子器件上作为超薄导电散热材料的关键部件。